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Sci Robot:科學家開發出新型微型機器人或能刺激機體組織再生

發布時間:2018-01-17 986 次瀏覽

近日,來自波士頓兒童醫院的研究人員通過研究開發出了一種可植入能夠進行編程的醫療機器人,其能夠通過應用牽引力來刺激發育不良的組織進行組織生長,從而逐漸延長管狀器官,同時并不會影響器官的功能或誘發患者出現一些明顯不適,相關研究刊登于國際雜志Science Robotics上。這種機器人系統能夠在大型動物機體中誘導細胞增殖并且延長食道部分(可達75%),同時動物依然能夠保持覺醒并且進行移動,研究者表示,這種系統或能有效治療長間隙的食管閉鎖癥,還能用來延長短腸綜合征患者機體的小腸長度,長間隙的食管閉鎖癥是一種罕見的出生缺陷,患者在出生時部分食管處于缺失狀態。

近日,來自波士頓兒童醫院的研究人員通過研究開發出了一種可植入能夠進行編程的醫療機器人,其能夠通過應用牽引力來刺激發育不良的組織進行組織生長,從而逐漸延長管狀器官,同時并不會影響器官的功能或誘發患者出現一些明顯不適,相關研究刊登于國際雜志Science Robotics上。這種機器人系統能夠在大型動物機體中誘導細胞增殖并且延長食道部分(可達75%),同時動物依然能夠保持覺醒并且進行移動,研究者表示,這種系統或能有效治療長間隙的食管閉鎖癥,還能用來延長短腸綜合征患者機體的小腸長度,長間隙的食管閉鎖癥是一種罕見的出生缺陷,患者在出生時部分食管處于缺失狀態。

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圖片來源:www.mdtmag.com

當前治療長間隙食管閉鎖癥的最有效的手段就是Foker過程,這種方法能利用利用手術縫線慢慢延長食管,為了預防食管被撕裂,患者必須被麻醉處于昏迷狀態,同時還需要在重癥監護室呆上1-4周時間,長時間的固定不動狀態常常會誘發患者出現其它并發癥,比如骨折或血塊等。

醫學博士Russell Jennings表示,這項研究計劃闡述了一種概念驗證思路,即利用微型機器人就能誘導患者機體中器官的生長,同時還會避免食管閉鎖患者在治療過程中所需要的鎮靜和麻痹操作,目前這些機器人的潛在用途還有待于繼續探索,未來研究人員或有望在很多器官中使用這種微型機器人。這種機動性的機器人設備只會吸附到食管中,因此患者可以自由自在地移動,其被光滑、具有生物兼容性的防水“皮膚”所覆蓋,包括兩個連接環,置于食管周圍;此外,機體外部的一種可編程的控制器就能將可調節的牽引力應用到連接環上,從而就能實現穩定地將組織牽拉到想要的方向上。

目前研究人員正在豬的食管中檢測這種新型設備,其中5只豬接受了移植物,3只豬作為對照,在8-9天的時間里,兩個連接環之間的距離每天都會增加2.5厘米,其中兩個連接環位于食道兩側,往相反的方向進行牽拉,盡管這種設備對食管施加了牽引力,但動物依然能夠正常進食,同時并沒有表現出任何不適感。在第10天時,食管的片段大約平均增加了77%,對組織結構進行檢測發現,組成食管的細胞表現出了增殖的跡象,同時器官還能維持正常的尺寸。Pierre Dupont博士說道,這就表明,我們不能簡單地牽拉食管,其是通過細胞生長來實現尺寸延長的;目前研究人員希望在短腸綜合征大型動物模型機體中開始檢測這種機器人系統,由于長間隙食管閉鎖癥非常罕見,而短腸綜合征的發病率則相對較高,新生兒出生時壞死性小腸結腸炎常常會誘發斷腸綜合征發生,而成年人中的克羅恩病或一系列感染或癌癥都需要切除大量的腸組織。

短腸綜合征是一種非常嚴重的疾病,患者常常需要靜脈輸液來保證進食,這常常會導致患者出現肝衰竭,有時候則需要進行肝臟移植或多臟器移植,而患者最后的結果也是非常可怕的,而且整個治療過程非常昂貴;研究人員希望能夠獲得更多資助來在大型動物模型中進行這種新型設備的檢測,以便最終能夠進入人體臨床試驗。

最后研究者Dupont表示,目前并沒有人知道能夠應用到器官誘導其生長的最佳牽引力的大小,實際上我們也并不知道應該在臨床中使用多少牽引力,這都是基于外科醫生的經驗,而這種新型的機器人設備就能夠精確計算出最佳的牽引力水平,從而進行準確應用。相關研究波士頓兒童醫院等機構提供資助。


原始出處:Dana D. Damian, Karl Price, Slava Arabagi, et al. In vivo tissue regeneration with robotic implants. Science Robotics  10 Jan 2018:Vol. 3, Issue 14, eaaq0018 DOI:10.1126/scirobotics.aaq0018

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