Доктор Дана Дамиан из Департамента автоматического управления и системного проектирования Университета Шеффилда и ее команда из Бостонской детской больницы создали революционный прототип роботизированного имплантата, который стимулирует рост тканей у младенцев.Робот представляет собой небольшое устройство, которое крепится к пищеводу двумя кольцами.
Встроенный мотор затем стимулирует клетки, осторожно вытягивая ткань. Используя два типа датчиков — один для измерения натяжения ткани, а другой — для измерения смещения ткани, робот отслеживает и применяет растяжение ткани в зависимости от свойств ткани.
В основе функции робота лежит методика коррекции атрезии пищевода Фокера, которая включает в себя медленное вытягивание ткани вручную с помощью швов в течение определенного периода времени.Д-р Дана Дамиан сказала: «Врачи выполняли процедуру Foker, поскольку они поняли, что удлинение ткани может быть достигнуто путем натяжения ткани.
Однако неизвестно, какое усилие необходимо приложить, чтобы добиться удлинения ткани. Хотя этот метод является одним из Согласно лучшим стандартам, иногда хирурги накладывают швы на пищевод, они могут порваться, что может привести к повторным операциям, или может образоваться рубцовая ткань, которая может вызвать проблемы для пациента в будущем.«Робот, который мы разработали, решает эту проблему, потому что он измеряет прилагаемую силу и может быть адаптирован в любое время на протяжении всего лечения. Поскольку он имплантируется пациенту, это означает, что у него — фактически — врач рядом с ним — все время, наблюдая за ними и меняя лечение, когда это необходимо ».
Атрезия пищевода — редкое генетическое заболевание, которым страдает примерно один из 4000 детей, рожденных в США и Европе. Это происходит, когда верхняя и нижняя части пищевода не соединяются, что означает, что пища не может достигать желудка. Некоторые из этих случаев характеризуются зазором от трех до 10 см между заглушками пищевода, что называется атрезией пищевода с длинным зазором. Лечение этих случаев с помощью техники Foker может начинаться уже с трехмесячного возраста и может длиться несколько месяцев.
Обычно во время лечения пациенту вводят седативные препараты, чтобы швы не порвались.Исследование предполагает, что с помощью этого робота младенцы смогут свободно перемещаться и взаимодействовать со своими родителями во время лечения, что снимает часть стресса с обеих сторон.Имплант получает питание от блока управления, который остается вне тела и прикреплен к жилету. Это означает, что врачи могут наблюдать за пациентом, не влияя на распорядок дня ребенка.
Д-р Дамиан сказал: «Самая большая проблема, с которой мы столкнулись, заключалась в разработке робота, который работал бы в среде, враждебной технологиям, и в разработке надежного физиологически значимого взаимодействия с тканью, которое способствует ее росту, когда существует так много неизвестных о лежащих в основе механизмов. Разработанный нами робот должен был быть мягким и прочным, воздухо- и водонепроницаемым, устойчивым к истиранию, не вызывать коррозию и иметь возможность имплантации для длительного лечения.
«Это первый шаг к адаптивному лечению тканей на основе регенерации. Мы создали устройство, которое может обеспечить длительный контроль роста тканей с использованием бортовых медицинских знаний. Мы также хотим изучить другие трубчатые ткани, такие как кишечник и сосудистую систему, чтобы увидеть, можно ли использовать эту технологию для лечения других заболеваний, таких как синдром короткой кишки ».Рост тканей был проблемой в области биоинженерии в течение многих лет, однако это исследование является ступенькой к пониманию того, как механическая стимуляция на тканевом уровне помогает клеткам размножаться и как врачи могут стимулировать рост клеток с помощью интуитивно понятных инструментов.
Исследование показало, что клетки будут размножаться в ответ на растяжение, а не на изменение формы или образование рубцов. Используя возможности робота по мониторингу и управлению, можно изменить лечение в соответствии с пациентом и оптимизировать рост клеток.Профессор Шейла МакНил, профессор тканевой инженерии факультета материаловедения и инженерии в Университете Шеффилда, сказала: «Уже давно было необходимо углубить знания о том, как ткани реагируют на механическое напряжение с образованием новой ткани.Врачи и исследователи понимают, что ткани обычно растут в ответ на силу тяги, например, это происходит естественным образом во время беременности, когда растущий ребенок увеличивает давление внутри матери, брюшная стенка и кожа увеличиваются в площади, чтобы снять напряжение, возникающее при растяжении этих тканей. . Пластические хирурги скопировали этот трюк, поместив под кожу надувной баллон и надувая его в течение нескольких недель для расширения кожи, а затем они используют эту «дополнительную кожу» для реконструктивной хирургии пациента.
«Разработка этого роботизированного имплантата является прорывом в применении знаний о том, что ткани реагируют на деформацию с образованием новой ткани практическим и клинически полезным образом».