Ученые Университета ИТМО предложили лечить тромбоз с помощью мягких роботов, управляемых магнитным полем. Новый метод безопаснее аналогов — в будущем он позволит снизить вмешательство в организм и «защитить» внутренние стенки сосудов от повреждений, что, в свою очередь, уменьшит вероятность образования новых тромбов.

Тромбоз (образование плотных кровяных сгустков в сосудах, препятствующих нормальному движению крови) — одна из основных причин возникновения инсульта и ишемической болезни сердца. Лечат его чаще всего с помощью хирургии: механически извлекают тромбы специальными устройствами — например, катетером или стентом. Инвазивный характер этого подхода угрожает здоровью человека: жесткие устройства, которые делают из пластика или металла, могут повреждать внутренние стенки сосудов, вызывая повторное образование сгустков. Также для лечения тромбоза в некоторых случаях прибегают к тромболитической терапии, однако препараты могут приводить к сильным кровотечениям.

Ученые ИТМО работают над более щадящим и эффективным методом удаления тромбов — с помощью мягких роботов, форма и движение которых «программируются» магнитным полем. Это биосовместимая эластомерная матрица с термочувствительным полимером и встроенными ферромагнитными частицами.

Мягкие роботы уже успешно показали себя на исследованиях in vitro (в пробирке): ученые помещали их в стеклянную трубку диаметром, как у вены, с потоком жидкости, вязкость которой похожа на вязкость крови, а в качестве сгустков использовали фибриновые (медицинские) тромбы. Процесс перепрограммирования, превращение роботов в движущуюся в жидкости спираль, запускали и контролировали с помощью магнитной установки, способной генерировать магнитные поля в разных направлениях.

По словам ученых, полученные результаты — начальный этап в создании малоинвазивного метода лечения тромбоза. Исследование раскрыло ряд неочевидных вопросов, ответы на которые помогут избежать многих проблем на этапе in vivo (тестирование на живых организмах): например, какие особенности движения мягких материалов в жидкостях, какой дизайн использовать для разных видов тромбов и как обеспечить дистанционный контроль за роботами.

Анна Пожиткова, первый автор исследования, инженер Международного научного центра SCAMT Университета ИТМО:

— Предлагаемые нами роботы отличаются составом и мягкостью формы. Они состоят из эластомерной матрицы с термочувствительным полимером и встроенными ферромагнитными частицами. Само понятие «робот» применимо к ним, поскольку мы можем дистанционно управлять этими системами, а также перепрограммировать их намагниченность с помощью специально разработанных магнитных установок.

Управление роботами с помощью магнитного поля возможно благодаря входящим в их состав ферромагнитным частицам. Вращающееся магнитное поле в нашей работе генерируется с помощью специальной магнитной установки TOR, состоящей из катушек Гельмгольца.

В рамках нашего исследования роботы применялись для решения задачи в области биомедицины — тромбоэкстракции (процедуры удаления тромбов). На исследованиях in vitro мы показали, что наши мягкие системы могут стать основой для малоинвазивного метода лечения тромбоза. Потенциально мягкие магнитные роботы могут использоваться и в других областях. Так, в мировой науке мы наблюдаем тренд на внедрение подобных систем в мягкую робототехнику и мягкую электронику. Также с их помощью демонстрируют концепции подражания поведения и форм животных.

Магнитные мягкие роботы — крайне перспективный тренд в мире, однако на сегодняшний день их применение показано только в мягкой робототехнике и мягкой электронике. Применение подобных систем в биомедицине продемонстрировано на «мировой арене» впервые.

Наша работа — первый шаг в разработке малоинвазивного подхода к лечению тромбоза с помощью мягкого магнитного материала. На данный момент исследования были проведены только в лабораторных условиях (in vitro). Для экспериментов мы использовали стеклянную трубку диаметром 5 мм, имитирующую венозный сосуд, и фибриновые тромбы. Мы надеемся, что наши результаты станут хорошим базисом для ученых, работающих над решением аналогичных задач, и помогут им вывести исследование на новый клинический уровень — начиная от экспериментов на животных и заканчивая реальными телеоперациями на пациентах.