Crean hilo robótico para deslizarse a través de los vasos sanguíneos del cerebro

 Los ingenieros del MIT han desarrolado un robot con forma de hilo orientable magnéticamente que puede delizarse activamente a través de camino estrechos y sinuosos, como la vasculatora labintina del cerbero.

En el futuro, este hilo robótico puede combinarse con la tecnologías endovasculares existentes, permitiendo así a los médicos guiar de forma remota el robot a través de los vasos cerebrales del paciente para tratar rápidamente bloqueos y lesiones, como las que ocurren en las neurismas y los accidentes cerebrovasculares.

“El accidente cerebrovascular es la causa número cinco de muerte y una de las principales causas de discapacidad en los Estados Unidos. Si el accidente cerebrovascular agudo se puede tratar dentro de los primeros 90 minutos, las tasas de supervivencia de los pacientes podrían aumentar significativamente”

dice Xuanhe Zhao, profesor asociado de ingeniería mecánica y de ingeniería civil y ambiental en el MIT.

“Si pudiéramos diseñar un dispositivo para revertir el bloqueo de los vasos sanguíneos dentro de esta ‘hora dorada’, podríamos evitar el daño cerebral permanente. Esa es nuestra esperanza”.

En un aprieto

Para eliminar los coágulos de sangre en el cerebro, los médicos a menudo realizan un procedimiento endovascular, una cirugía mínimamente invasiva en la que un cirujano debe insertar un cable delgado a través de la arteria principal del paciente, generalmente en la pierna o la ingle. Guiado con un fluoroscopio, el cirujano gira manualmente el cable para administrar medicamentos o dispositivos de recuperación de coágulos a la región afectada.

Kim nos dice que este procedimiento puede ser físicamente agotador, lo que requiere que los cirujanos, que deben estar específicamente entrenados en la tarea, soporten la exposición repetida a la radiación de la fluoroscopia.

“Es una habilidad exigente, y simplemente no hay suficientes cirujanos para los pacientes, especialmente en áreas suburbanas o rurales”, dice Kim.

Los alambres guía médicos utilizados en tales procedimientos son pasivos, lo que significa que deben manipularse manualmente, y generalmente están hechos de un núcleo de aleaciones metálicas, recubiertas de polímero, un material que según Kim podría generar fricción y dañar los revestimientos de los vasos sanguíneos si el alambre  tuviera que quedarse atascado temporalmente en un espacio particularmente estrecho.

El equipo se dio cuenta de que los desarrollos en su laboratorio podrían ayudar a mejorar dichos procedimientos endovasculares, tanto en el diseño de la guía como en la reducción de la exposición de los médicos a cualquier radiación asociada.

Enhebrar una aguja

En los últimos años, el equipo ha conseguido acumular experiencia tanto en hidrogeles, materiales  biocompatibles hechos principalmente de agua, como materiales accionados magnéticamente impresos en 3D que pueden diseñarse para gatear, saltar e incluso atrapar una pelota, simplemente siguiendo la dirección de un imán.

En este nuevo articulo, los investigadores combinaron su trabajo en hidrogeles y en actuación magnética, para producir un hilo robótico recubierto de hidrogel magnéticamente orientable, o alambre guía, que pudieron hacer lo suficientemente delgado como para guiar magnéticamente a través de un replica de silicona del tamaño natural de los vasos sanguíneos del cerbero.

El núcleo del hilo robótico esta hecho de aleación de niquel-titanio, o “nitinol”, un material que es flexible y elástico. A diferencia de una percha, que conservaría su forma cuando se doblara, un alambre de nitinol volvería a su forma original, dándole mas flexibilidad para enrollar a través de vasos apretados y tortuosos. El equipo cubrió el núcleo del cable con una pasta gomosa, o tinta, que incrustaron con partículas magnéticas.

Finalmente, utilizaron un proceso químico que desarrollaron previamente, para recubrir y unir la cubierta magnética con hidrogel, un material que no afecta a la capacidad de respuesta de las partículas magnéticas subyacente y , sin embargo, proporciona al cable una  superficie suave, libre de fricción y biocompatible.

Demostraron la precisión y activación del hilo robótico mediante el uso de un imán grande, muy parecido a las cuerdas de una marioneta, para dirigir el hilo a través de una carrera de obstáculos de pequeños anillos, que recuerda a un hilo que se abre paso a través del ojo de una aguja.

Los investigadores también probaron el hilo en una replica de silicona del tamaño real de los principales vasos sanguíneos del cerebro, incluidos coágulos y aneurismas, modelados a partir a de silicona con un liquido que simulaba la viscosidad de la sangre, luego manipularon manualmente un gran imán alrededor del modelo para dirigir el robot a través de los estrechos y sinuosos caminos de los vasos sanguíneos.

Cuando los investigadores realizaron comparaciones entre el hilo robótico recubierto y el no recubierto con hidrogel, descubrieron que el hidrogel le dio al hilo una ventaja muy necesaria y resbaladiza, permitiéndole deslizarse a través de los espacios mas estrechos sin atascarse. En una cirugía endovascular, esta propiedad seria clave para evitar la fricción y las lesiones que puedan ocurrir en los revestimientos de los vasos a medida que el hilo avanza.

¿Y cómo puede este nuevo hilo robótico mantener a los cirujanos libres de radiación? Kim dice que una guía magnética orientable permite eliminar la necesidad de que los cirujanos empujen físicamente un cable a través de los vasos sanguíneos de un paciente. Esto significa que los médicos tampoco tendrían que estar cerca de un paciente y, lo que es más importante, del fluoroscopio generador de radiación.

Él en el futuro imagina cirugías endovasculares que incorporen tencologías magnéticas existentes, como pares de imanes grandes, dejando a los médicos el poder de manipular desde fuera de la sala de operaciones.

“Las plataformas existentes podrían aplicar un campo magnético y realizar el procedimiento de fluoroscopia al mismo tiempo al paciente, y el médico podría estar en la otra habitación, o incluso en una ciudad diferente, controlando el campo magnético con un joystick”, dice Kim

“Nuestra esperanza es aprovechar las tecnologías existentes para probar nuestro hilo robótico in vivo en el siguiente paso”.

Esta investigación fue financiada, en parte, por la oficina de investigación  Naval, el Instituto MIT para Nanotecnologías de Soldados y la National Science Foundation (NSF).

Artículo original https://www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190828143058.htmArt