Microsurgeons الذين سيتم قريبا يهيمون على وجوههم في الجسم

مشرق ليلة خريف عام 2006 د. سيلفان مارتل حبس أنفاسه عندما الفني محملة الخنزير تحت التخدير العام في تدوير آلة الرنين المغناطيسي الوظيفي. عينيه يحدق في شاشة الكمبيوتر ، والتي أظهرت المغناطيسي حبة معلقة في رقيقة الأوعية الدموية خنزير. التوتر في الغرفة يمكن أن يشعر جسديا. فجأة جاءت الكرة إلى الحياة وانزلق عبر السفينة ، مثل المجهرية الغواصة إلى الوجهة. الفريق اندلعت مع التصفيق.

مارتل وفريقه اختبار طريقة جديدة من جهاز التحكم عن بعد على البنود صغيرة داخل حيوان عن طريق التلاعب في القوى المغناطيسية من الجهاز. لأول مرة وعملت.

العلماء والكتاب حلمت طويلا من الروبوتات الصغيرة التي تتحرك من خلال العظمى الدموية من الجسم ، مثل الفضاء الباحثون دراسة galaxy وسكانها. إمكانات ضخمة: صغيرة الطبية الروبوتات يمكن ، على سبيل المثال ، نقل الأدوية المشعة في السرطان المجموعات تنفيذ عمليات داخل الجسم أو واضحة جلطات الدم ، في أعماق القلب أو الدماغ.

حلم هو حلم ، ولكن مع مساعدة من الروبوتات ، يقول الدكتور برادلي نيلسون من جامعة البوليتكنيك في مدينة زيورخ الناس الغوص الحق في مجرى الدم ، إجراء عمليات في الدماغ.

حاليا الطبية الدقيقة الروبوتات معظمها هي وهمية ، ولكن في العقد المقبل التي يمكن أن تتغير. هذا الأسبوع د. ماريانا المدينة المنورة-سانشيز و أوليفر شميت من معهد البحوث من المواد الصلبة والمواد Leibniz في دريسدن, ألمانيا, نشرت ورقة في الطبيعة التي تحولت بعيدا عن شاشات كبيرة إلى nanoengineering المختبرات تحدد أولويات واقعية الاختبارات لإحياء هذه صغيرة الجراحين.

الدفع

الطبية الدقيقة الروبوتات هي جزء من الرحلة الطب في مجال التصغير. في عام 2001 الإسرائيلية قدمت الشركة الكبسولة — كبسولة بلاستيكية حجم الحلوى, مجهز الكاميرا والبطارية نقل البيانات لاسلكيا. السفر القناة الغذائية ، الكبسولة دوري إرسال الصور لاسلكيا, تقدم أكثر حساسية وأقل سمية طريقة التشخيص التقليدية التنظير أو التصوير الشعاعي.

حجم الكبسولة هو مجرد عملاقة مثالية microrobot ، مما يجعلها مناسبة فقط واسعة نسبيا أنبوب الجهاز الهضمي لدينا. هذه اللوحة كانت أيضا سلبية و لم يكن قادرا على البقاء في أماكن مثيرة للاهتمام من أجل فحص أكثر تفصيلا.

"الحقيقي الطبية الروبوت يحتاج إلى التحرك والتقدم في شبكة معقدة من السائل-تعبئة أنابيب في الأنسجة العميقة في الجسم" ، ويوضح مارتل.

الجسم للأسف ليست ودية للغاية للضيوف من الخارج. الروبوتات يجب أن تكون قادرة على تحمل التآكل العصارة المعدية و الشراع المنبع في تدفق الدم مع عدم وجود السيارات.

في المختبرات حول العالم تحاول أن تأتي مع بدائل معقولة لحل المشاكل مع الطعام. واحدة من الأفكار لإنشاء صواريخ كيميائية: أسطواني الصغرى الروبوتات مع الوقود المعادن أو غيرها محفز والتي تتفاعل مع العصارة المعدية أو السوائل الأخرى ، التي ينبعث منها فقاعات من الاسطوانة.

"هذه المحركات هي من الصعب السيطرة عليها" ، ويقول المدينة المنورة-سانشيز و شميت. يمكننا أن ما يقرب من السيطرة على اتجاه باستخدام التدرجات الكيميائية ، ولكنها ليست هاردي و فعالة. تصميم غير سامة الوقود على أساس السكر واليوريا ، أو الفسيولوجية الأخرى السوائل من الحي تواجه أيضا صعوبات.

أفضل بديل سيكون المعادن المحركات التي يمكن تفعيلها من خلال المجال المغناطيسي يتغير. مارتل ، كما هو مبين من خلال مظاهرة له مع حبة في الخنزير ، كان واحدا من أول الذين حققوا هذه المحركات.

التصوير بالرنين المغناطيسي آلة مثالية التصور والسيطرة النماذج المعدنية الصغرى الروبوتات ، ويوضح مارتل. الجهاز له عدة مجموعات من لفائف المغناطيسي: مجموعة أساسية يمغنط على microrobot بعد حقنه في مجرى الدم عن طريق القسطرة. ثم عن طريق التلاعب في التدرج لفائف من التصوير بالرنين المغناطيسي ، ونحن يمكن أن تولد ضعف المجال المغناطيسي لدفع microrobot من خلال الأوعية الدموية أو البيولوجية الأخرى أنبوب.

في التجارب اللاحقة مارتل لم النانوية من الحديد و الكوبالت ، مع تغطية بروتيفوبوجوليفي و حقن صغيرة من الجنود في الأرانب. باستخدام برنامج كمبيوتر التلقائي تغيير في المجال المغناطيسي, فريقه إرسال السير على حق على الهدف. على الرغم من أن في هذه الدراسة خاصة لم تكن حقيقية الأورام ، مارتل يقول أن مثل هذه المشاريع يمكن أن تكون مفيدة في مكافحة سرطان الكبد وأورام أخرى كبيرة نسبيا من السفن.

لماذا لا أصغر السفن ؟ مرة أخرى مشكلة الطاقة. مارتل كانت قادرة على الحد من الروبوت إلى بضع مئات ميكرومتر أو أقل من ذلك يتطلب كبير المغناطيسي التدرجات التي هي تلك التي تعطل عمل الخلايا العصبية في الدماغ.

Microcable

أكثر أناقة حل هو استخدام المحركات البيولوجية التي توجد في الطبيعة. البكتيريا ذيول الحيوانات المنوية المسلحة lystopadovyi بطبيعة الحال الترويج لها من خلال لف الأنفاق تجاويف الجسم على أداء التفاعلات البيولوجية.

الجمع بين الأجزاء الميكانيكية البيولوجية منها ، سيكون من الممكن لجعل هذه عنصرين يكمل كل منهما الآخر عند واحد يعطيالفشل.

مثال على ذلك هو spermbath. شميت وقد وضعت لفائف معدنية صغيرة التي هي ملفوفة حول "كسول" الحيوانات المنوية ، مما أتاح له التنقل التي تسمح للوصول إلى البويضة. الحيوانات المنوية أيضا يمكن تحميلها مع الأدوية المرتبطة المغناطيسي المجهرية لعلاج السرطان في الجهاز التناسلي.

هناك مجموعة متخصصة من البكتيريا MC-1, التي تتلاءم مع المجال المغناطيسي للأرض. توليد حقل ضعيفة نسبيا — والتي سوف تكون كافية للتغلب على الأرض — يمكن للعلماء توجيه البوصلة الداخلية من البكتيريا نحو أهداف جديدة مثل السرطان.

للأسف, البكتيريا, MC-1 يمكن البقاء على قيد الحياة في الدم الحار فقط لمدة 40 دقيقة ، ومعظمها ليست قوية بما فيه الكفاية السباحة ضد تيار الدم. مارتل يريد إنشاء نظام هجين من البكتيريا والدهون فقاعات. الحويصلات محملة المغناطيسي والجزيئات والبكتيريا سيتم وضعها في سفينة أكبر ، مع حقول مغناطيسية قوية ، حتى تصل إلى أكثر ضيقا. ثم تنفجر و إطلاق سرب من البكتيريا التي هي بالضبط نفس مع المجالات المغناطيسية الضعيفة ستكمل رحلتك.

المضي قدما

على الرغم من أن العلماء رسمت مجموعة من الأفكار عن الدفع ، مشكلة كبيرة هي تتبع الروبوتات بعد إدخالها في الجسم.

مزيج من مختلف التصور طرق يمكن أن تساعد. الموجات فوق الصوتية, التصوير بالرنين المغناطيسي و التصوير بالأشعة تحت الحمراء بطيئة جدا لمراقبة عمليات الروبوتات العميقة في الجسم. ولكن الجمع بين الضوء والصوت الموجات الكهرومغناطيسية ، يمكننا زيادة دقة وحساسية.

ومن الناحية المثالية ، التصور الطريقة يجب أن تكون قادرة على تتبع micromotor على عمق 10 سم تحت الجلد في 3D في الوقت الحقيقي ، تتحرك مع الحد الأدنى من سرعة عشرات ميكرومتر في الثانية ، ويقولون المدينة المنورة-سانشيز و شميت.

في هذه اللحظة من الصعب تحقيقه ، ولكن العلماء أعرب عن الأمل في أن الدولة من فن البصريات الصوتية طرق الجمع بين الأشعة تحت الحمراء و الموجات فوق الصوتية يمكن أن تكون الصورة جيدة بما يكفي لتتبع الصغرى الروبوتات في بضع سنوات.

ثم هناك مسألة ما يجب القيام به مع الروبوتات في نهاية مهمتهم. ترك لهم الانجراف داخل الجسم — الوسائل لمنع حدوث الجلطات أو غيرها كارثية الآثار الجانبية مثل التسمم المعدني. عودة الروبوت مرة أخرى إلى نقطة البداية (الفم والعينين وغيرها من الفتحات الطبيعية) قد تكون معقدة جدا. ولذلك فإن العلماء يعتبرون أفضل الخيارات: دمج الروبوتات بطريقة طبيعية أو يجعلها من المواد القابلة للتحلل.

هذا الأخير لديه واحد زائد: إذا كانت المواد الحساسة للحرارة, الحموضة, أو غيرها من العوامل المادية التي يمكن استخدامها في إنشاء الحكم الذاتي الروبوتات الحيوية التي تعمل دون بطاريات. على سبيل المثال, العلماء قد قدمت بالفعل صغير على شكل نجمة "قفازات" ، والتي يتم إغلاق جميع أنحاء الأنسجة عند تعرضها للحرارة. عندما وضعت حول الأعضاء المصابة أو الأنسجة ، قفازات يمكن أن تنتج خزعة على الفور ، تقدم أقل الغازية طريقة للكشف عن سرطان القولون أو تتبع مرض التهاب الأمعاء المزمن.

"إن الهدف هو إنشاء الروبوتات الدقيقة يمكن أن المعنى تشخيص والعمل بشكل مستقل طالما الناس مشاهدتها والحفاظ على السيطرة في حالة عطل" ، ويقول المدينة المنورة-سانشيز و شميت.

رحلة رائعة الطبية الدقيقة الروبوتات هو مجرد بداية.

كل مجموعات من المواد المجهرية والكائنات الحية الدقيقة لا تزال بحاجة الى اختبار ما لا نهاية تكفل سلامتهم أولا على الحيوانات ثم على البشر. العلماء يتوقعون أيضا المساعدة من السلطات التنظيمية.

لكن التفاؤل من العلماء لا تجف.

"مع مساعدة من مبادرات منسقة microrobots يمكن أن يؤدي بنا في عصر غير الغازية طرق العلاج لمدة عشر سنوات" ، كما يقول الباحثون.