استفاده از میکروربات‌های پزشکی برای درمان بیماری‌ها
به گزارش خبرنگار «نبض فناوری»مهندسان کلاس جدیدی از «میکروربات‌ها» را با ابعاد چندین برابر کوچکتر از عرض موی انسان طراحی کرده‌اند که ممکن است قادر به درمان بیماری‌های انسانی مانند سیستیت بینابینی باشد ( یک بیماری دردناک مثانه که میلیون‌ها آمریکایی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. گروهی از مهندسان دانشگاه کلرادو بولدر کلاس جدیدی از ربات‌های کوچک و خودکششی طراحی کرده‌اند که می‌توانند با سرعتی باورنکردنی از مایع عبور کنند و حتی ممکن است روزی داروهای تجویزی را به مکان‌های صعب العبور درون بدن انسان برسانند. این محققان یافته‌های خود را در مجله Small توصیف کردند.
میکرو/نانوروبات‌ها دستگاه‌های کاربردی در مقیاس میکرون و نانو هستند که پیشرانه کارآمد را از طریق واکنش‌های شیمیایی یا میدان فیزیکی خارجی، از جمله میدان‌های اولتراسونیک، نوری، مغناطیسی و سایر میدان‌های خارجی و همچنین میکروارگانیسم‌ها امکان‌پذیر می‌کنند. در مقایسه با روبات‌های سنتی، میکرو/نانوروبات‌ها می‌توانند وظایف مختلفی را در مقیاس میکرو/نانو انجام دهند که از مزایای دقت بالا، انعطاف‌پذیری قوی و سازگاری گسترده برخوردار است. علاوه بر این، چنین روبات‌هایی می‌توانند وظایف را به صورت خوشه ای نیز انجام دهند. طراحی و توسعه میکرو/نانوروبات‌ها و ادغام عملکرد سطح، سیستم درایو از راه دور، و فناوری ردیابی تصویربرداری به یک گام کلیدی برای کاربردهای پزشکی آنها در موجودات تبدیل خواهد شد. بنابراین، انتظار می‌رود میکرو/نانوربات‌ها به تشخیص و درمان موضعی کارآمدتر و دقیق‌تری دست یابند و چشم‌اندازهای کاربردی گسترده‌تری در زمینه زیست‌پزشکی دارند.
معرفی وظایف میکرو ربات‌ها در درمان بیماری‌ها
ریچارد فیلیپس فاینمن برای اولین بار پیشنهاد کرد که میکرو/نانوروبات‌ها می‌توانند در کاربردهای زیست پزشکی استفاده شوند و پیش بینی کرد که ریز ماشین‌ها می توانند به درمان میکروسکوپی دست یابند .پروفسور توشیو فوکودا، پدر میکرو/نانوروبات‌ها در اوایل دهه 2000، اولین سیستم عامل نانوروبات در جهان برای تجزیه و تحلیل و دستکاری تک سلولی را پیشگام کرد . با این حال، به دلیل دشواری ساخت میکرو/نانومواد با ساختارهای پیچیده با خواص فیزیکی مختلف، توسعه میکرو/نانوروبات‌ها با چالش‌های بزرگی مواجه است. جین لی، نویسنده ارشد این مطالعه و محقق فوق دکتری در دپارتمان مهندسی شیمی و بیولوژیکی، می‌گوید: تصور کنید میکروربات‌ها بتوانند وظایف خاصی مانند جراحی‌های غیرتهاجمی را در بدن انجام دهند. به جای برش دادن به بیمار، می‌توانیم ربات‌ها را به سادگی از طریق قرص یا تزریق به بدن معرفی کنیم و آنها خودشان این عمل را انجام دهند.» میکرو ربات‌های این گروه واقعا کوچک هستند. عرض هر یک از آنها تنها 20 میکرومتر است که چندین برابر کوچکتر از عرض یک موی انسان است. آنها همچنین بسیار سریع هستند و می‌توانند با سرعتی در حدود 3 میلی متر در ثانیه یا تقریباً 9000 برابر طول خود در دقیقه حرکت کنند. از نظر نسبی این سرعت چند برابر بیشتر از یوزپلنگ است. آنها پتانسیل زیادی دارند.
روش مطالعاتی
در مطالعه جدید، این گروه ناوگان این ماشین‌ها را برای انتقال دوزهای دگزامتازون، یک داروی استروئیدی رایج، به مثانه موش‌های آزمایشگاهی مستقر کردند. نتایج نشان داد که میکروربات‌ها ممکن است ابزار مفیدی برای درمان بیماری‌های مثانه و سایر بیماری‌ها در افراد باشند. C. Wyatt Shields، یکی از نویسندگان این مطالعه جدید و استادیار مهندسی شیمی و بیولوژیکی گفت: ربات‌های در مقیاس ریز هیجان زیادی را در محافل علمی به دست آورده‌اند، اما چیزی که آنها را برای ما جالب می‌کند این است که می‌توانیم آنها را برای انجام کارهای مفید در بدن طراحی کنیم.
سفر فوق العاده به داخل بدن
به نظر می‌رسد ساخت این ربات‌ها مانند داستان‌های علمی تخیلی باشد، به این دلیل که در فیلم کلاسیک Fantastic Voyage، گروهی از ماجراجویان از طریق یک زیردریایی کوچک شده به بدن مردی در کما می‌روند. لی گفت: "این فیلم در سال 1966 اکران شد. امروز ما در عصر روبات‌های میکرومتری و نانومتری زندگی می‌کنیم." او تصور می‌کند که درست مانند فیلم، میکروربات‌ها می‌توانند در جریان خون افراد بچرخند و به دنبال مناطق مورد نظر برای درمان بیماری‌های مختلف باشند.
ساختمان میکروربات
این تیم میکروربات‌های خود را از موادی به نام پلیمرهای زیست سازگار با استفاده از فناوری مشابه چاپ سه بعدی می‌سازد. این ماشین‌ها کمی شبیه موشک‌های کوچک به نظر می‌رسند و دارای سه باله کوچک هستند. آنها همچنین شامل یک چیز اضافی هستند: هر یک از ربات‌ها حباب کوچکی از هوای محبوس شده را حمل می‌کنند، شبیه به آنچه که وقتی یک لیوان را به صورت وارونه در آب فرو می‌کنیم اتفاق می‌افتد. اگر ماشین‌ها را در معرض میدان صوتی قرار دهید، مانند آنچه در اولتراسوند استفاده می‌شود، حباب‌ها شروع به ارتعاش وحشتناکی می‌کنند و آب را دور می‌کنند و روبات‌ها را به سمت جلو شلیک می‌کنند. محققان برای اینکه میکروربات‌های خود را برای آزمایش رانندگی ببرند، یک مشکل رایج برای انسان‌ها( بیماری مثانه) را مورد توجه قرار دادند.
سیستیت بینابینی ( بیماری مثانه)
سیستیت بینابینی، که به عنوان سندرم مثانه دردناک شناخته می‌شود، میلیون‌ها آمریکایی را تحت تاثیر قرار می‌دهد و همانطور که از نامش پیداست، می‌تواند باعث درد شدید لگن شود. درمان این بیماری می‌تواند به همان اندازه ناراحت کننده باشد. اغلب، بیماران باید چندین بار در طول هفته‌ها به کلینیک مراجعه کنند، جایی که پزشک محلول خشن دگزامتازون را از طریق کاتتر به مثانه تزریق می‌کند. لی معتقد است که میکروربات‌ها ممکن است بتوانند کمی تسکین دهند.
بررسی عملکرد میکروربات‌ها در مثانه بیمار
در آزمایش‌های آزمایشگاهی، محققان مجموعه ای از میکروربات‌ها را ساختند که غلظت‌های بالای دگزامتازون را در خود محصور کردند. سپس آنها هزاران ربات را وارد مثانه موش‌های آزمایشگاهی کردند. نتیجه یک سفر شگفت‌انگیز واقعی بود: میکروربات‌ها قبل از چسبیدن به دیواره‌های مثانه در اندام‌ها پراکنده شدند، که احتمالاً دفع آنها را دشوار می‌کرد. هنگامی که به آنجا رسیدند، دستگاه‌ها به آرامی دگزامتازون خود را در طول حدود دو روز آزاد کردند. لی گفت، چنین جریان ثابتی از دارو می‌تواند به بیماران اجازه دهد تا داروهای بیشتری را در مدت زمان طولانی تری دریافت کنند و نتایج را برای بیماران بهبود بخشد.
چالش‌ها و گام‌های بعدی کار
او افزود که این تیم باید کارهای زیادی را انجام دهد تا میکروربات‌ها بتوانند از بدن انسان واقعی عبور کنند. برای شروع، این گروه می‌خواهد ماشین‌ها را کاملاً زیست تخریب‌پذیر کند تا در نهایت در بدن حل شوند. لی گفت: «اگر بتوانیم این ذرات را در مثانه کاربردی کنیم، آن‌گاه می‌توانیم به ترشح داروی پایدارتری دست یابیم و شاید بیماران مجبور نباشند به دفعات به کلینیک مراجعه کنند.»
