Нанороботы приближаются к клиническим испытаниям благодаря новой модели, помогающей им перемещаться по кровотоку

Микро/нанороботы (MNRs) — перспективный инструмент, способный значительно продвинуть здравоохранение, от лечения опасных мозговых кровотечений до точной химиотерапии опухолей. Однако их широкому применению мешает сложность навигации внутри человеческого тела, что до сих пор не позволяло начать клинические испытания.

Математические модели критически важны для оптимального проектирования и навигации MNRs, но существующие модели неадекватны. Новое исследование Университета Саскачевана (USask) может помочь MNRs преодолеть эти ограничения.

Профессор Колледжа инженерии USask доктор Крис Чжан (Ph.D.) и его команда первыми разработали высокоточную математическую модель, которая оптимизирует конструкцию MNRs, улучшая их навигацию и позволяя эффективно перемещаться по кровотоку. Их работа недавно опубликована в Nature Communications.

"Существующая модель для этих роботов не учитывает свойства и поведение крови в человеческом теле. Наша модель точнее и отражает реальную ситуацию с реалистичным движением кровеносного сосуда", — говорит Чжан.

Исследователь был вдохновлён на создание эффективных MNRs более десяти лет назад, после операции по поводу мозгового кровоизлияния у дочери его бывшего аспиранта. Тогда успешность операции с управляемым катетером составляла лишь 25%.

MNRs имеют форму штопора и управляются внешней магнитной системой. Им требуется достаточно мощности, чтобы двигаться против потока крови, подобно рыбе, плывущей вверх по течению. В медицинских случаях время критично, поэтому важно, чтобы MNRs могли быстро перемещаться даже в сложных условиях.

Если MNRs смогут преодолеть препятствия в теле и эффективно двигаться по кровотоку, их малый размер позволит достигать удалённых областей, включая мельчайшие сосуды мозга или неоперабельные раковые опухоли. Там они смогут восстанавливать ткани, останавливать опасные кровотечения или доставлять химиотерапию и другие лекарства непосредственно к месту, где они наиболее эффективны.

Исследовательская группа не только разработала эффективных MNRs и внешний блок питания, но и создала прототип с использованием 3D-печати. Продемонстрировав потенциал прототипа, Чжан заявляет, что следующим шагом станут клинические испытания — последний барьер для всех MNRs.

Чжан подчёркивает важность междисциплинарного сотрудничества в решении сложных задач, особенно в здравоохранении, работая на стыке механической и биомедицинской инженерии с врачами Колледжа медицины.