Immagina un ago minuscolo e non legato che può entrare nel corpo attraverso un’incisione non più grande di una puntura di spillo per eseguire biopsie, sutura di ferite e persino somministrare direttamente al cancro la chemioterapia. “Controllati da forze magnetiche applicate esternamente, senza fili guida o mani robotiche o umane, questi minuscoli strumenti promettono un futuro della chirurgia più precisa, più sicura e molto meno invasiva”, affermano gli esperti.
Spiegano gli autori:
“Il campo della robotica magnetica mira a ovviare alle connessioni fisiche tra gli attuatori e gli effetti finali. Tale controllo senza fili può consentire nuove manipolazioni chirurgiche ultraminimamente invasive in ambito clinico. Sebbene l’attuazione senza fili offra vantaggi nelle applicazioni mediche, la sfida di fornire forza sufficiente agli aghi magnetici per la penetrazione dei tessuti rimane una barriera all’applicazione pratica. L’applicazione di una forza sufficiente per la penetrazione dei tessuti è necessaria per attività quali la biopsia, la sutura, il taglio, la somministrazione di farmaci e l’accesso a regioni profonde di strutture complesse in organi come l’occhio. Per espandere il panorama delle forze per tali strumenti chirurgici magnetici, viene proposto un ago da sutura basato sulla forza di impatto in grado di penetrare campioni in vitro ed ex vivo con un movimento planare di 3 gradi di libertà (DOF). Utilizzando aghi da 14 e 25 G personalizzati, viene dimostrata la generazione di una forza di penetrazione di 410 mN, un aumento della forza di 22,7 volte con un volume più di 20 volte inferiore rispetto ad aghi a guida magnetica simili”.
“Questi strumenti estremamente piccoli hanno il potenziale per rivoluzionare la medicina, ma come sa chiunque abbia giocato con i magneti, le dimensioni sono importanti“, ha affermato Axel Krieger, assistente Professore di ingegneria meccanica presso la Johns Hopkins Whiting School of Engineering. “Più piccolo è lo strumento chirurgico, meno invasivo è l’intervento chirurgico, ma anche più debole è la risposta del dispositivo alla forza magnetica. Una delle maggiori sfide che dobbiamo affrontare è come garantire che questi mini-strumenti possano essere spostati con una forza sufficiente per penetrare nei tessuti e fare il lavoro che devono fare“.
Krieger e un team di ingegneri della Johns Hopkins Engineering, dell’Università del Maryland e del Dartmouth-Hitchcock Medical Center, hanno una soluzione: un ago chirurgico dotato di piccoli magneti all’interno che, quando stimolati dalle forze applicate esternamente, scivolano da un’estremità del ago a un’altra, picchiettando contro una piastra rigida e fornendo ampia forza per penetrare nei tessuti. Il dispositivo è stato chiamato “Pulse Actuated Collisions for Tissue-penetrating Needle” o MPACT-Needle.
Lo studio del team, che descrive la prima dimostrazione in assoluto che gli aghi magnetici non collegati possono essere abbastanza potenti da eseguire un intervento chirurgico, appare in Advanced Intelligent Systems. Per i loro esperimenti, Krieger e il suo team hanno collegato un sottile filo di materiale per sutura all’ago, utilizzando un joystick collegato a un computer per fornire comandi che hanno consentito all’ago MPACT di eseguire la sutura chirurgica su una cornea di coniglio campione.
Vedi anche:Sviluppata tecnologia di chirurgia ad ultrasuoni focalizzata di precisione
“Abbiamo dimostrato che questi minuscoli aghi magnetici possono avere forze sufficientemente forti per eseguire interventi chirurgici delicati con invasività limitata”, ha affermato il leader dello studio Onder Erin, un borsista post-dottorato in ingegneria meccanica presso la Johns Hopkins. “Posso immaginare un momento in cui il nostro dispositivo verrà utilizzato anche per eseguire biopsie e persino somministrare terapie e chemioterapia direttamente ai tumori”.
Immagine:sutura magnetica e penetrazione tissutale con il beneficio delle forze di impatto. ai) Una procedura tipica per la riparazione dell’ernia consiste nell’utilizzare una rete e un ago da sutura per chiudere un difetto. Un ago magnetico controllato da campi magnetici esterni potrebbe eseguire questa procedura da remoto rivoluzionando l’intervento chirurgico con un approccio con ago da sutura controllato magneticamente e ultra minimamente invasivo. a.ii) L’accesso ai tessuti, ovvero l’accesso della cornea all’occhio, richiede forti forze di penetrazione da parte di un ago. Il dispositivo magnetico proposto potrebbe essere in grado di fornire un accesso transcorneale o transclerale per varie procedure mediche. b) Per superare la limitazione della forza per i robot magnetici in miniatura, abbiamo progettato e prodotto un ago MPACT che utilizza la quantità di moto di un pistone magnetico in movimento per realizzare uscite di forza momentaneamente elevate per la penetrazione dei tessuti.
Il prossimo passo del team è sviluppare algoritmi di controllo del movimento migliori e più accurati dotati di modalità di imaging per controllare con precisione il movimento del dispositivo, rendendo gli interventi chirurgici e le procedure più sicuri.
I membri del team affermano che se la tecnologia avrà successo, i loro nuovi aghi magnetici consentirebbero di accedere ad aree delicate e difficili da raggiungere del corpo, come il dotto biliare, per somministrare farmaci direttamente ai tumori, estrarre campioni bioptici o suturare una ferita in modo rapido ed efficace per arginare l’emorragia interna.
