ربات‌های مینیاتوری نگرشی تازه به پزشکی مدرن می‌آورند
در این مقاله
تصور کنید ربات‌های کوچک در بخش بیمار بدن، مثلاً در تومور، رگ رو به انسداد و حتی روده کار کنند، ترمیم لازم را انجام دهند و داروهای مختلف را فقط به همان بخش بیمار برسانند و آزاد کنند. در واقع این موضوع تاکنون در چندین فیلم علمی‌تخیلی مطرح شده، اما به نظر می‌رسد این ایده‌های ظاهراً خیالی در آینده واقعی شوند.
در ربات‌های کوچک پزشکی، میلیربات به رباتی گفته می‌شود که اندازه اجزایش 1 میلی‌متر یا بیشتر است. میکروربات بسیار کوچک‌تر است و اندازه آن از 1 میکرومتر تا 1 میلی‌متر تغییر می‌کند.
یادداشت: نام‌گذاری این ربات‌ها به میلیربات به دلیل شباهت ساختار نمونه‌های اولیه به هزارپا است. در لاتین mille یعنی هزار و pedes یعنی پا، و ترکیب آنها هزارپا معنی می‌دهد.
انواع ربات مینیاتوری
آندوسکوپ‌های کپسولی
نمونه خوب میلیربات آندوسکوپ کپسولی است (شکل 1). امروزه کاربرد بالینی آن با سرعت رو به افزایش است. این ربات‌های هم‌اندازه قرص و دارای دوربین، پس از بلع هنگام عبور از معده و روده تصویربرداری می‌کنند و تصاویر را معمولاً به ضبط‌کننده بیرون بدن می‌فرستند. پزشکان سپس با بررسی تصاویر بیماری‌های گوارشی را تشخیص می‌دهند. بزرگ‌ترین مزیت نسبت به آندوسکوپی کلاسیک راحتی بیمار است. مهم‌ترین کاستی‌هایی که باید در آینده برطرف شوند، ناتوانی در نمونه‌برداری ناحیه بیمار و درمان مداخله‌ای‌اند. البته آندوسکوپ کپسولی دارای قابلیت نمونه‌برداری نیز در حال توسعه است.
ربات‌های نرم هدایت‌شونده با جریان مغناطیسی
نمونه دیگر ربات نرم پیوسته فرومغناطیسی است که اخیراً توسعه یافته. ساختار باریک و بلند آن در واقع شبیه کاتتر است (شکل 2). ماده مغناطیسی درونش امکان حرکت با میدان خارجی را می‌دهد. پژوهشگران سال گذشته هدایت آنها را در مدل غیرزنده شبیه عروق مغز نشان دادند. پیش‌بینی می‌شود به‌ویژه در آنوریسم یا برآمدگی عروق مغز و بازکردن مکانیکی لخته در سکته ایسکمیک حاد مغزی استفاده شوند.
در میکروربات‌های پزشکی تنوع بسیار بیشتری دیده می‌شود. نمونه‌های اولیه بسیاری تاکنون معرفی شده‌اند و کاربردشان از انتقال مولکول دارو تا جابه‌جایی سلول‌های ایمنی به ناحیه بیمار مورد نظر متفاوت است.
ربات‌های ریزشناگر
در بیشتر نمونه‌های اولیه، پژوهشگران بر حل مسائل پایه تمرکز دارند. حرکت‌دادن و هدایت ربات‌های کوچک، عبور از غشا و سد زیستی، بارگیری دارو و فرار از واکنش سلول ایمنی به ساختار خارجی، از مشکلات فراوان پیش روی مهندسان و دانشمندان‌اند.
دانشمند پیشگام ما در ربات‌های مینیاتوری، پروفسور دکتر متین سیتی و پژوهش‌هایش
با پژوهش‌های افتخارآفرین برای کشورمان در این زمینه، پروفسور دکتر متین سیتی و گروهش در مؤسسه ماکس پلانک آلمان هر روز پژوهش‌های خبرسازی انجام می‌دهند. در مقاله اخیر خود، میکروربات‌های مارپیچی ریزشناگر را بررسی کردند و نشان دادند تعداد متفاوت پیچش ساختار آنها پاسخ متفاوتی در سلول ایمنی ایجاد می‌کند. با تغییر تعداد پیچش مارپیچ، میکروربات می‌تواند از سلول ایمنی بدن بگریزد (شکل 3). هدف کاهش خطر واکنش حساسیتی خطرناک این ربات‌ها در بدن انسان است.
ربات‌های ریزغلتان
امسال نیز متین سیتی و گروهش در مقاله Science Robotics مطرح کردند که ربات‌های ریزغلتان یا microroller، می‌توانند برای رساندن دارو زیر جریان خون استفاده شوند (شکل 4). هسته آنها سیلیکا و سطح خارجی با طلا و نیکل پوشیده است.
این ربات‌ها با میدان مغناطیسی حرکت می‌کنند، عوامل درمان هدفمند را می‌توان در بخش سیلیکا بارگیری کرد و پیش‌بینی می‌شود در رگ‌ها با غلتیدن جابه‌جا شوند. سیتی و گروهش برای آزمودن آزمایشی آنها از مدل‌های نماینده محیط زنده در آزمایشگاه استفاده می‌کنند.
استفاده از باکتری به‌عنوان میکروربات
سامانه دیگر آنها اتصال باکتری به گلبول قرمز انسان یا اریتروسیت با کمپلکس بیوتین‌آویدین است؛ این اتصال بیشترین قدرت شناخته‌شده میان پیوندهای غیرکووالانسی را دارد. اکسید آهن قابل‌هدایت با میدان مغناطیسی و مثلاً داروی ضدسرطان دوکسوروبیسین در گلبول قرمز بارگیری می‌شوند. تاژک باکتری انرژی حرکت را فراهم می‌کند و هدایت مغناطیسی می‌تواند آنها را به محل مورد نظر بدن برساند (شکل 5).
در نتیجه، همان‌طور که دیده می‌شود نمونه‌های اولیه فراوان در حال توسعه‌اند و آزمایش‌ها ادامه دارند. اما تا رسیدن میکروربات پزشکی به درمان‌های تحول‌آفرین آینده ممکن است راهی طولانی در پیش باشد؛ این حوزه هنوز سرگرم حل مسائل پایه است و آزمون پژوهش‌ها در مدل‌های درون‌تنی زنده آغاز نشده است. با این حال سرعت سرسام‌آور مطالعات ما را به نگاه امیدوارانه به آینده متقاعد می‌کند.
متین سیتی کیست؟
پروفسور متین سیتی کارشناسی و کارشناسی ارشد را از مهندسی برق و الکترونیک دانشگاه بوغازیچی و دکترا را در 1999 از مهندسی برق دانشگاه توکیو گرفت. در دانشگاه کالیفرنیا برکلی آمریکا در 1999-2002 پژوهشگر پسادکترا و عضو هیئت علمی و در کارنگی ملون در 2002-2016 استاد بود. از 2014 مدیر مؤسسه سامانه‌های هوشمند انجمن ماکس پلانک آلمان است و از 2018 استاد پاره‌وقت دانشکده‌های پزشکی و مهندسی دانشگاه کوچ نیز هست. پژوهش‌هایش حوزه‌های متنوع میکرورباتیک و سامانه هوشمند، از میکروربات و وسیله پزشکی تا ربات مینیاتوری الهام‌گرفته از طبیعت و ربات نرم را در بر می‌گیرد. برای تجاری‌سازی چسب میکروفیبری ابداعی الهام‌گرفته از موهای پای مارمولک گکو، در 2009 شرکت نوپای nanoGriptech A.Ş. را در آمریکا تأسیس کرد و این چسب بسیار نوآورانه از 2018 در محصولات متعدد بازار استفاده می‌شود.
از جوایز و عناوین فراوان متین سیتی می‌توان مدال علم رحمی کوچ در 2018، جایزه ERC Advanced Grant در 2019، بهترین مقاله کنفرانس Robotics Science & Systems در 2019، عنوان IEEE Fellow در 2014، بهترین مقاله مکاترونیک IEEE/ASME در 2014، جایزه پیشگام مهندسی نانو SPIE در 2011 و جایزه CAREER بنیاد ملی علوم در 2005 را نام برد. بیش از 450 مقاله در مجلات و کنفرانس‌های داوری‌شده دارد. بیش از 250 مقاله مجله‌ای او در نشریات پیشرو مانند Nature، Nature Materials، Nature Communications، Proceedings of the National Academy of Sciences، Science Robotics، Science Advances و Advanced Materials منتشر شده‌اند. این مقالات تاکنون بیش از 22,000 ارجاع گرفته‌اند. تازه‌ترین کتابش Mobile Microrobotics را MIT Press در 2017 چاپ کرد. بیش از 200 سخنرانی دعوتی در کنفرانس‌ها، دانشگاه‌ها و شرکت‌های مهم داشته و سردبیر اصلی Progress in Biomedical Engineering و Journal of Micro-Bio Robotics نیز هست.
منابع
2. Yasa, I. C., Metin Sitti et al. (2020). "Elucidating the interaction dynamics between microswimmer body and immune system for medical microrobots." Science Robotics 5(43).
3. Alapan, Y., Metin Sitti et al. (2020). "Multifunctional surface microrollers for targeted cargo delivery in physiological blood flow." Science Robotics 5(42).
4. Alapan, Y., Metin Sitti et al. (2018). "Soft erythrocyte-based bacterial microswimmers for cargo delivery." Science Robotics 3(17).
آیا این مقاله برای شما مفید بود؟
بازخورد شما به بهبود محتوای ما کمک می‌کند.
نظرهای خوانندگان
نظر خود را بنویسید
نام و دیدگاه شما فقط پس از تأیید مدیر منتشر می‌شود. نشانی ایمیل شما هرگز به بازدیدکنندگان نمایش داده نمی‌شود.
اولین نظر را شما بنویسید.