Gambar yang tersedia untuk diunduh di situs web MIT Press Office disediakan untuk entitas non-komersial, pers, dan publik di bawah Lisensi Non-Derivatif Non-Komersial Atribusi Creative Commons. Anda tidak boleh mengubah gambar yang disediakan, hanya memotongnya ke ukuran yang sesuai. Kredit harus digunakan saat menyalin gambar;jika tidak disediakan di bawah, beri kredit “MIT” untuk gambarnya.
Insinyur MIT telah mengembangkan robot seperti kawat yang dapat dikendalikan secara magnetis dan dapat secara aktif meluncur melalui jalur sempit dan berliku, seperti pembuluh darah labirin otak.
Di masa depan, benang robotik ini dapat dikombinasikan dengan teknologi endovaskular yang sudah ada, sehingga dokter dapat memandu robot dari jarak jauh melalui pembuluh darah otak pasien untuk dengan cepat mengobati penyumbatan dan lesi, seperti yang terjadi pada aneurisma dan stroke.
“Stroke adalah penyebab kematian nomor lima dan penyebab utama kecacatan di Amerika Serikat.Jika stroke akut dapat diobati dalam 90 menit pertama atau lebih, kelangsungan hidup pasien dapat meningkat secara signifikan,” kata Teknik Mesin MIT dan Zhao Xuanhe, profesor teknik sipil dan lingkungan. “Jika kita dapat merancang perangkat untuk membalikkan penyakit vaskular penyumbatan selama periode 'prime time' ini, kita berpotensi menghindari kerusakan otak permanen.Itu harapan kami.”
Zhao dan timnya, termasuk penulis utama Yoonho Kim, seorang mahasiswa pascasarjana di Departemen Teknik Mesin MIT, menjelaskan desain robot lunak mereka hari ini di jurnal Science Robotics. Rekan penulis makalah lainnya adalah mahasiswa pascasarjana MIT German Alberto Parada dan mahasiswa tamu Shengduo Liu.
Untuk menghilangkan bekuan darah dari otak, dokter biasanya melakukan operasi endovaskular, yaitu prosedur invasif minimal di mana ahli bedah memasukkan benang tipis melalui arteri utama pasien, biasanya di kaki atau selangkangan. Di bawah bimbingan fluoroskopi, yang menggunakan sinar-X untuk secara bersamaan gambar pembuluh darah, ahli bedah kemudian secara manual memutar kawat ke dalam pembuluh darah otak yang rusak. Kateter kemudian dapat dipasang di sepanjang kawat untuk mengantarkan obat atau alat pengambilan bekuan darah ke area yang terkena.
Prosedur ini dapat menuntut secara fisik, kata Kim, dan mengharuskan ahli bedah dilatih secara khusus untuk menahan paparan radiasi fluoroskopi yang berulang-ulang.
“Keterampilan ini sangat menuntut, dan jumlah ahli bedah yang ada tidak cukup untuk melayani pasien, terutama di daerah pinggiran kota atau pedesaan,” kata Kim.
Kawat pemandu medis yang digunakan dalam prosedur tersebut bersifat pasif, artinya harus dimanipulasi secara manual, dan sering kali terbuat dari inti paduan logam dan dilapisi dengan polimer, yang menurut Kim dapat menimbulkan gesekan dan merusak lapisan pembuluh darah. Terjebak untuk sementara di tempat tertentu. ruang sempit.
Tim menyadari bahwa perkembangan di laboratorium mereka dapat membantu meningkatkan prosedur endovaskular, baik dalam desain kawat pemandu maupun dalam mengurangi paparan dokter terhadap radiasi terkait.
Selama beberapa tahun terakhir, tim telah membangun keahlian dalam hidrogel (bahan biokompatibel yang sebagian besar terbuat dari air) dan bahan penggerak magnet pencetakan 3D yang dapat dirancang untuk merangkak, melompat, dan bahkan menangkap bola, hanya dengan mengikuti arahan. magnet.
Dalam makalah baru, para peneliti menggabungkan pekerjaan mereka pada hidrogel dan aktuasi magnetik untuk menghasilkan kawat robotik berlapis hidrogel, atau kawat pemandu, yang dapat dikendalikan secara magnetis, sehingga mereka dapat dibuat cukup tipis untuk memandu pembuluh darah secara magnetis melalui replika silikon seukuran manusia. .
Inti dari kawat robot terbuat dari paduan nikel-titanium, atau “nitinol,” suatu bahan yang dapat ditekuk dan elastis. Berbeda dengan gantungan, yang mempertahankan bentuknya ketika ditekuk, kawat nitinol kembali ke bentuk aslinya, sehingga membuatnya lebih kokoh. fleksibilitas saat membungkus pembuluh darah yang rapat dan berliku-liku. Tim melapisi inti kawat dengan pasta karet, atau tinta, dan menanamkan partikel magnet di dalamnya.
Terakhir, mereka menggunakan proses kimia yang telah mereka kembangkan sebelumnya untuk melapisi dan mengikat lapisan magnetik dengan hidrogel—bahan yang tidak mempengaruhi respons partikel magnetik di bawahnya, namun tetap memberikan permukaan biokompatibel yang halus, bebas gesekan.
Mereka mendemonstrasikan ketepatan dan aktivasi kawat robot dengan menggunakan magnet besar (seperti tali boneka) untuk memandu kawat melewati rintangan dalam lingkaran kecil, mengingatkan pada kawat yang melewati lubang jarum.
Para peneliti juga menguji kawat pada replika silikon seukuran pembuluh darah utama otak, termasuk bekuan darah dan aneurisma, yang meniru CT scan otak pasien sebenarnya. Tim mengisi wadah silikon dengan cairan yang meniru kekentalan darah. , kemudian secara manual memanipulasi magnet besar di sekitar model untuk memandu robot melewati jalur sempit dan berliku dalam wadah.
Benang robot dapat difungsikan, kata Kim, artinya fungsionalitas dapat ditambahkan—misalnya, memberikan obat yang mengurangi pembekuan darah atau memecahkan penyumbatan dengan laser. Untuk mendemonstrasikan hal tersebut, tim mengganti inti nitinol dari benang tersebut dengan serat optik dan menemukan bahwa mereka dapat memandu robot secara magnetis dan mengaktifkan laser setelah mencapai area target.
Ketika para peneliti membandingkan kawat robotik yang dilapisi hidrogel dengan kawat robotik yang tidak dilapisi, mereka menemukan bahwa hidrogel memberi kawat tersebut keunggulan licin yang sangat dibutuhkan, memungkinkannya meluncur melalui ruang yang lebih sempit tanpa tersangkut. Dalam prosedur endovaskular, sifat ini akan menjadi kunci untuk mencegah gesekan dan kerusakan pada lapisan bejana saat benang dilewatkan.
“Salah satu tantangan dalam pembedahan adalah mampu melintasi pembuluh darah kompleks di otak yang diameternya sangat kecil sehingga kateter komersial tidak dapat menjangkaunya,” kata Kyujin Cho, profesor teknik mesin di Universitas Nasional Seoul.“Studi ini menunjukkan bagaimana mengatasi tantangan ini.potensi dan memungkinkan prosedur bedah di otak tanpa operasi terbuka.”
Bagaimana benang robot baru ini melindungi ahli bedah dari radiasi? Kawat pemandu yang dapat dikendalikan secara magnetis menghilangkan kebutuhan ahli bedah untuk memasukkan kawat ke dalam pembuluh darah pasien, kata Kim. Artinya, dokter juga tidak harus dekat dengan pasien dan , yang lebih penting, fluoroskop yang menghasilkan radiasi.
Dalam waktu dekat, ia membayangkan bedah endovaskular menggabungkan teknologi magnetik yang ada, seperti sepasang magnet besar, yang memungkinkan dokter berada di luar ruang operasi, jauh dari fluoroskop yang menggambarkan otak pasien, atau bahkan di lokasi yang sangat berbeda.
“Platform yang ada dapat menerapkan medan magnet pada pasien dan melakukan fluoroskopi pada saat yang bersamaan, dan dokter dapat mengontrol medan magnet dengan joystick di ruangan lain, atau bahkan di kota lain,” kata Kim. gunakan teknologi yang ada pada langkah selanjutnya untuk menguji benang robot kami secara in vivo.”
Pendanaan untuk penelitian ini sebagian berasal dari Kantor Penelitian Angkatan Laut, Institut Nanoteknologi Prajurit MIT, dan National Science Foundation (NSF).
Reporter Motherboard Becky Ferreira menulis bahwa peneliti MIT telah mengembangkan benang robot yang dapat digunakan untuk mengobati pembekuan darah neurologis atau stroke. Robot dapat dilengkapi dengan obat atau laser yang “dapat dikirim ke area bermasalah di otak.Jenis teknologi invasif minimal ini juga dapat membantu mengurangi kerusakan akibat keadaan darurat neurologis seperti stroke.”
Peneliti MIT telah menciptakan rangkaian robot magnetron baru yang dapat menembus otak manusia, tulis reporter Smithsonian Jason Daley. “Di masa depan, robot ini dapat berjalan melalui pembuluh darah di otak untuk membantu membersihkan penyumbatan,” jelas Daly.
Reporter TechCrunch Darrell Etherington menulis bahwa peneliti MI telah mengembangkan benang robotik baru yang dapat digunakan untuk membuat operasi otak menjadi kurang invasif. Etherington menjelaskan bahwa benang robotik baru “dapat mempermudah dan memudahkan pengobatan masalah serebrovaskular, seperti penyumbatan dan lesi yang dapat menyebabkan aneurisma dan stroke.”
Para peneliti MIT telah mengembangkan cacing robotik baru yang dikontrol secara magnetis yang suatu hari nanti dapat membantu membuat operasi otak menjadi tidak terlalu invasif, lapor Chris Stocker-Walker dari New Scientist. Saat diuji pada model silikon otak manusia, “robot tersebut dapat bergerak melalui kesulitan yang sulit. mencapai pembuluh darah.”
Reporter Gizmodo Andrew Liszewski menulis bahwa karya robot mirip benang yang dikembangkan oleh para peneliti MIT dapat digunakan untuk dengan cepat membersihkan penyumbatan dan gumpalan yang menyebabkan stroke.”Robot tidak hanya dapat mempercepat operasi pasca stroke, tetapi juga mengurangi paparan radiasi. yang seringkali harus ditanggung oleh ahli bedah,” jelas Liszewski.