Science Robotics: Мягкие роботы обещают революцию в доставке лекарств

Исследовательские группы из Университета Голуэя и Массачусетского технологического института, MIT, рассказали о прорыве в технологии медицинских устройств, который может привести к интеллектуальному, длительному и индивидуальному лечению пациентов благодаря мягкой робототехнике и искусственному интеллекту.

В рамках трансатлантического сотрудничества было создано интеллектуальное имплантируемое устройство, которое может вводить лекарство и одновременно определять, когда оно начинает отторгаться, а также использовать искусственный интеллект для изменения формы устройства с целью поддержания дозировки лекарства и одновременного преодоления образования рубцовой ткани.

Исследование опубликовано в журнале Science Robotics.

Технологии имплантируемых медицинских устройств обещают открыть возможности для передовых терапевтических вмешательств в здравоохранение, таких как высвобождение инсулина для лечения диабета, однако основной проблемой, сдерживающей развитие таких устройств, является реакция пациента на инородное тело.

Доктор Рейчел Битти (Rachel Beatty) из Университета Голуэя, один из ведущих авторов исследования, пояснила:

Разработанная технология с использованием мягкой робототехники расширяет возможности имплантируемых устройств, которые могут находиться в организме пациента в течение длительного времени, обеспечивая длительное терапевтическое воздействие. Представьте себе терапевтический имплантат, который также может чувствовать окружающую среду и реагировать на нее по мере необходимости с помощью искусственного интеллекта — такой подход может привести к революционным изменениям в имплантируемой доставке лекарств для лечения целого ряда хронических заболеваний.

Исследовательская группа Университета Голуэя и Массачусетского технологического института первоначально разработала гибкие устройства первого поколения, известные как мягкие роботизированные имплантаты, для улучшения доставки лекарств и уменьшения фиброза. Несмотря на успех, команда считает эту технологию универсальной, поскольку она не учитывала реакцию отдельных пациентов, а также прогрессирующий характер фиброза, при котором вокруг устройства образуется рубцовая ткань, инкапсулирующая его, препятствующая и блокирующая его назначение, что в конечном итоге приводит к его отказу.

Последнее исследование, опубликованное сегодня в журнале Science Robotics, демонстрирует, как с помощью искусственного интеллекта удалось значительно усовершенствовать технологию, сделав ее чутко реагирующей на условия имплантата и способной стать более долговечной, защищаясь от естественного стремления организма отторгнуть инородное тело.

Доктор Битти добавляет:

Я хотела адаптировать доставку лекарств к конкретным людям, но для этого необходимо было создать метод определения реакции организма на инородное тело.

Исследовательская группа применила новый метод уменьшения образования рубцовой ткани, известный как механотерапия, когда мягкие роботизированные имплантаты совершают регулярные движения в организме, например, надуваются и сдуваются. Приуроченные к определенному времени, повторяющиеся или разнообразные движения помогают предотвратить образование рубцовой ткани.

Ключевым элементом передовой технологии в имплантируемом устройстве является проводящая пористая мембрана, которая чувствует, когда поры блокируются рубцовой тканью. Она обнаруживает блокировку, поскольку клетки и материалы, вырабатываемые клетками, блокируют электрические сигналы, проходящие через мембрану.

Исследователи измерили электрический импеданс и образование рубцовой ткани на мембране, обнаружив корреляцию. Также был разработан и внедрен алгоритм машинного обучения для прогнозирования необходимого количества и силы срабатываний для достижения стабильного дозирования лекарственных препаратов независимо от степени фиброза. С помощью компьютерного моделирования исследователи также изучили возможности устройства по высвобождению лекарственных средств с течением времени при наличии окружающей фиброзной капсулы различной толщины.

Исследование показало, что изменение силы и количества движений и изменений формы устройства позволяет ему высвобождать большее количество лекарства, что помогает обойти накопление рубцовой ткани.

Профессор Эллен Рош, профессор машиностроения Массачусетского технологического института, сказала:

Если мы сможем почувствовать, как иммунная система человека реагирует на имплантированное терапевтическое устройство, и соответствующим образом изменить режим дозирования, это может иметь большой потенциал в персонализированной, точной доставке лекарств, уменьшая внецелевые эффекты и обеспечивая доставку нужного количества лекарства в нужное время. Представленная здесь работа является шагом к достижению этой цели.

Профессор Гэрри Даффи, профессор анатомии и регенеративной медицины Университета Голуэя, старший автор исследования, добавил:

Прибор выработал оптимальный режим, позволяющий самостоятельно выделять постоянную дозу облучения даже при моделировании значительного фиброза. Мы показали наихудший сценарий, когда вокруг устройства образовывалась очень толстая и плотная рубцовая ткань, и устройство справилось с этой проблемой, изменив способ нагнетания лекарств. Мы могли тонко управлять высвобождением лекарства в вычислительной модели и на стенде с помощью мягкой робототехники, независимо от наличия значительного фиброза.

Исследовательская группа считает, что их прорыв в области медицинских устройств может проложить путь к созданию полностью независимых имплантатов с замкнутым циклом, которые не только уменьшают фиброзную инкапсуляцию, но и чувствуют ее со временем, а также интеллектуально регулируют активность высвобождения лекарств в ответ на нее.

Профессор Даффи заключает:

Это новая область исследований, которая может иметь последствия и в других местах и не ограничивается только лечением диабета. Наше открытие может обеспечить постоянное и оперативное дозирование в течение длительного времени без участия врача, что повысит эффективность и снизит необходимость замены устройства из-за фиброза.

30.08.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание
Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание

При выборе материала для инфраструктурных...

В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ

Образовательное пространство Технологическое м...

Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм

Магнитные материалы традиционно классифицируют...

Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу

Сильно взаимодействующие системы играют важную...

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
Учёные МИСИС и ИФХЭ РАН разработали быстрый и дешёвый метод получения вольфрама
Учёные МИСИС и ИФХЭ РАН разработали быстрый и дешёвый метод получения вольфрама
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита
На российском рынке труда — дефицит инженеров и конструкторов на производстве
На российском рынке труда — дефицит инженеров и конструкторов на производстве
ANZJ of Public Health: Пары сварки подвергают сварщиков риску развития рака
ANZJ of Public Health: Пары сварки подвергают сварщиков риску развития рака
Казанские ученые выяснили, что русский язык позитивнее английского
Казанские ученые выяснили, что русский язык позитивнее английского
AIChE Journal: Инженеры исследуют расширение интеллекта для большей безопасности
AIChE Journal: Инженеры исследуют расширение интеллекта для большей безопасности

Новости компаний, релизы

U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред
Новая "Кантиана" поможет студентам быстрее адаптироваться к калининградскому климату
Российские ученые предложили тушить пожары с помощью газогидратного огнетушителя
Биохимики СПбГУ выяснили, что гипоксия плода в сочетании со стрессом матери может приводить к никотиновой зависимости
В России начинает работу фонд для нуждающихся в сложном высокотехнологичном лечении