Микро- и нанороботы (МНР) уже долгие годы рассматриваются как значимый прорыв в медицине, обладающий мощным потенциалом для улучшения лечебных способов многих болезней, начиная от устранения опасных кровоизлияний в мозг до адресной терапии опухолей с помощью точной доставки химиотерапевтических препаратов. Тем не менее, несмотря на многообещающие перспективы, внедрение МНР в практике тормозится проблемами, связанными с их передвижением внутри организма, что затрудняет их широкомасштабное применение и проведение клинических исследований.
Научная работа, осуществленная профессором факультета инженерного дела Университета Саскачевана (USask), доктором Крисом Чжаном и его командой, предлагает пути решения данных проблем. Они разработали высокоточную математическую модель, оптимизирующую дизайн МНР и повышающую их маневренность в кровотоке. Исследование опубликовано в издании Nature Communications.
«Большинство существующих моделей МНР не учитывают особенности и динамику кровообращения в человеческом теле. Наша модель превосходит их по точности, поскольку учитывает реалистичное движение сосудов», — поясняет д-р Чжан.
Идея разработки эффективных МНР зародилась у д-ра Чжана более десяти лет назад после инцидента с кровоизлиянием в мозг, с которым столкнулась дочь его бывшего аспиранта. «Успешность при использовании катетера тогда составляла лишь 25%. Это подтолкнуло мою команду к стремлению создать что-то, что может значительно повысить выживаемость пациентов благодаря МНР», — отметил он.
МНР, напоминающие штопор и управляемые внешним магнитным полем, нуждаются в достаточной мощности для движения против направления кровотока. Их миниатюрные габариты позволяют им проникать в удалённые и труднодоступные участки тела, такие как мельчайшие сосуды головного мозга или труднооперабельные опухоли, где они могут производить восстановление тканей, остановку опасных кровотечений или осуществлять доставку терапевтических средств непосредственно к поражённым участкам.
Благодаря инновационным математическим подходам, д-р Чжан и его команда сделали значительный шаг вперёд в разработке МНР, построив фундамент для эффективного проектирования и управления этими небольшими, но мощными устройствами. Удалось разработать не только МНР и соответствующий внешний источник питания, но и создать прототип с использованием 3D-печати.
После успешной демонстрации возможностей прототипа, д-р Чжан отметил, что следующим этапом станет переход к клиническим испытаниям, важнейшему шагу на пути всех МНР. «Мне нравится сотрудничество в этой области, особенно в здравоохранении. Хотя мой родной факультет — машиностроение, я активно занимаюсь биомедицинской инженерией, охватывающей различные дисциплины, и взаимодействую со многими врачами из медицинского колледжа. В исследованиях важны множественные точки зрения», — подчеркнул он.
Эта новая математическая модель способна стать значительным этапом в развитии микро- и нанороботов, преодолев прежние барьеры для их широкого внедрения, и приблизив их использование в клинической практике и здравоохранении.
Источник: iXBT
