Vědci ze Singapurské univerzity vyvinuli chirurgického robota tak malého, že je velký asi jako semínko, a přesto je schopen vykonávat úkoly, které se dosud zdály být vyhrazeny mnohem větším nástrojům.
Tým vedený výzkumníkem Guo Zhan Lumem zveřejnil výsledky v časopise Advanced Materials a popsal mikroskopický stroj, který dokáže řezat, propichovat, manipulovat s drobnými předměty nebo uvolňovat látky na určitých místech těla, a to vše bez nutnosti velkých řezů.
Švýcarský armádní nůž v mikroskopickém měřítku
Jedinečnost tohoto zařízení spočívá v jeho univerzálnosti. V běžné chirurgii lékaři snadno přepínají mezi skalpely, kleštěmi, jehlami nebo kauterizačními systémy. Zopakovat tuto schopnost u robota o velikosti pouhých několika milimetrů je obrovská výzva, protože každý zlomek prostoru je rozhodující. Singapurští výzkumníci to vyřešili mechanismem, který umožňuje mikrorobotu přepínat mezi pěti různými nástroji za méně než sekundu, což mu dává výkon srovnatelný s miniaturním švýcarským armádním nožem, přičemž je pozoruhodně hbitý.
Klíč k systému spočívá ve využití vnějších magnetických polí. Namísto zabudování motorů, kabelů nebo baterií, což je v tomto měřítku prakticky neproveditelné, robot reaguje na magnety, které jsou ovládány z vnějšku pacientova těla. Tato magnetická pole plní dvojí funkci: pohybují zařízením a aktivují jednotlivé nástroje integrované do jeho struktury. Tím odpadá potřeba vnitřních zdrojů energie, které byly v lékařské mikrorobotice vždy velkou překážkou, protože baterie zabírají místo, vytvářejí teplo a omezují autonomii zařízení.
Na cestě ke skutečně minimálně invazivní chirurgii
Tento vývoj je součástí nově vznikajícího oboru zvaného biomedicínská mikrorobotika, což je disciplína, jejímž cílem je sestrojit roboty dostatečně malé na to, aby mohly navigovat cévy, vnitřní dutiny nebo choulostivé tkáně, aniž by se museli uchýlit k velkým chirurgickým otvorům. Cíl je jasný: dosáhnout méně invazivních, přesnějších a potenciálně mnohem bezpečnějších zákroků pro pacienta.
Dnes se i techniky považované za minimálně invazivní spoléhají na poměrně objemné nástroje zaváděné malými řezy. Mnohé zákroky vyžadují otevření zdravé tkáně jen proto, aby bylo možné se dostat dostatečně hluboko do těla. Robot této velikosti by mohl takové vedlejší škody výrazně omezit.
Odborníci z týmu Zhan Luma uvádějí, že zařízení se během laboratorních testů dokázalo pohybovat po mokrých a složitých površích, tedy v podmínkách podobných těm, s nimiž by se setkalo uvnitř těla. Při těchto testech simuloval různé chirurgické úkony, od manipulace s drobnými předměty přes propíchnutí tkáně až po řízené uvolňování materiálů na konkrétních místech.
Roje mikrorobotů a budoucí aplikace
Dlouhodobá vize výzkumné skupiny je ambiciózní: navrhnout postupy, při nichž roje těchto mikrorobotů získají přístup do těla prostřednictvím extrémně tenkých katétrů, což jsou ohebné trubice o zmenšeném průměru, nebo dokonce prostřednictvím jednoduchých injekcí. Po vstupu dovnitř by se zařízení dostala do těžko přístupných oblastí, působila by s milimetrovou přesností a opustila by tělo beze stop.
Potenciální aplikace zahrnují oblasti, kde přesnost rozhoduje o zachování nebo poškození životně důležité tkáně. Mezi nejslibnější scénáře patří neurochirurgie, kardiovaskulární léčba nebo lokální odstraňování nádorů, protože ve všech těchto případech může o úspěchu či neúspěchu zákroku rozhodnout několik milimetrů.
Dlouhá cesta na operační sál
Sami výzkumníci přiznávají, že mezi laboratorním prototypem a skutečnou klinickou aplikací je ještě dlouhá cesta. Mikrorobot bude muset projít několika vývojovými fázemi, než bude moci být testován na lidských pacientech. Lidské tělo není prázdné, uspořádané prostředí: je plné proudů tekutin, měkkých tkání, mimovolních pohybů a mikroskopických překážek. Vedení tak malého robota v této složitosti s milimetrovou přesností zůstává jednou z největších výzev, kterým obor čelí.
Nicméně tento průlom posiluje stále zřetelnější trend v současné medicíně. Chirurgie budoucnosti se pravděpodobně nebude spoléhat na větší nebo výkonnější nástroje, ale na menší, chytřejší a přesnější systémy. Máme tendenci obdivovat technologie kvůli jejich kolosálním rozměrům, od raket, které opouštějí atmosféru, až po kilometrové urychlovače částic, ale možná nejvíce transformující inovace jsou právě ty, které se stávají tak malými, že jsou téměř neviditelné.