O echipă de ingineri de la Universitatea din Colorado Boulder a proiectat o nouă clasă de roboți minusculi, autopropulsați, care pot trece prin lichide cu o viteză incredibilă – și care într-o zi ar putea chiar să livreze medicamente pe bază de rețetă în locuri greu accesibile din interiorul corpului uman.

„Imaginați-vă dacă microroboții ar putea îndeplini anumite sarcini în organism, cum ar fi operațiile neinvazive”, a declarat Jin Lee, autorul principal al studiului și cercetător postdoctoral în cadrul Departamentului de Inginerie Chimică și Biologică. „În loc să tăiem în pacient, putem pur și simplu să introducem roboții în organism printr-o pastilă sau o injecție, iar aceștia ar efectua singuri procedura”.

Lee și colegii săi nu au ajuns încă acolo, dar noua cercetare reprezintă un mare pas înainte pentru roboții minusculi.

Microroboții grupului sunt foarte mici. Fiecare dintre ei măsoară doar 20 de micrometri lățime, de câteva ori mai mică decât lățimea unui fir de păr uman. De asemenea, sunt foarte rapizi, fiind capabili să se deplaseze cu o viteză de aproximativ 3 milimetri pe secundă, adică de aproximativ 9.000 de ori propria lor lungime pe minut. Aceasta este de multe ori mai rapidă decât un ghepard în termeni relativi.

De asemenea, au un mare potențial. În noul studiu, grupul a desfășurat flote de aceste mașini pentru a transporta doze de dexametazonă, un medicament steroid comun, în vezicile șoarecilor de laborator. Rezultatele sugerează că microroboții ar putea fi un instrument util pentru tratarea bolilor vezicii urinare și a altor boli la oameni.

„Roboții la scară microscopică au stârnit mult entuziasm în cercurile științifice, dar ceea ce îi face interesanți pentru noi este faptul că îi putem proiecta pentru a îndeplini sarcini utile în organism”, a declarat C. Wyatt Shields, coautor al noului studiu și profesor asistent de inginerie chimică și biologică.

Călătorie fantastică

Dacă sună ca ceva rupt din science-fiction, asta pentru că așa este. În filmul clasic Fantastic Voyage, un grup de aventurieri călătorește cu ajutorul unui submarin micșorat în corpul unui bărbat aflat în comă.

„Filmul a fost lansat în 1966. Astăzi, trăim într-o eră a roboților la scară micrometrică și nanometrică”, a declarat Lee.

El își imaginează că, la fel ca în film, microroboții ar putea să se învârtă prin fluxul sanguin al unei persoane, căutând zone specifice pentru a trata diverse afecțiuni.

Echipa își confecționează microroboții din materiale numite polimeri biocompatibili, folosind o tehnologie similară imprimării 3D. Mașinile arată ca niște mici rachete și sunt prevăzute cu trei aripioare minuscule. Ele includ, de asemenea, un mic plus: Fiecare dintre roboți poartă o mică bulă de aer captivă, asemănătoare cu ceea ce se întâmplă atunci când scufunzi un pahar cu susul în jos în apă. Dacă expuneți mașinile la un câmp acustic, precum cel folosit în cazul ultrasunetelor, bulele vor începe să vibreze sălbatic, împingând apa la distanță și aruncând roboții înainte.

Printre ceilalți coautori ai noului studiu de la CU Boulder se numără Nick Bottenus, profesor asistent de inginerie mecanică; Ankur Gupta, profesor asistent de inginerie chimică și biologică; și studenții absolvenți de inginerie Ritu Raj, Cooper Thome, Nicole Day și Payton Martinez.

Pentru a-și testa microroboții, cercetătorii au luat în vizor o problemă comună pentru oameni: bolile vezicii urinare.

Microroboții ar putea fi capabili să ofere o oarecare ușurare

Cistita interstițială, cunoscută și sub numele de sindromul vezicii urinare dureroase, afectează milioane de americani și, după cum sugerează și numele, poate provoca dureri pelviene severe. Tratarea bolii poate fi la fel de inconfortabilă. Adesea, pacienții trebuie să vină la o clinică de mai multe ori pe parcursul unei perioade de câteva săptămâni, unde un medic injectează o soluție dură de dexametazonă în vezica urinară prin intermediul unui cateter.

Lee crede că microroboții ar putea fi capabili să ofere o oarecare ușurare.

În experimentele de laborator, cercetătorii au fabricat școli de microroboți care încapsulează concentrații mari de dexametazonă. Apoi au introdus mii dintre acești roboți în vezicile unor șoareci de laborator. Rezultatul a fost o călătorie fantastică din viața reală: Microroboții s-au dispersat prin organe înainte de a se lipi de pereții vezicii urinare, ceea ce probabil că ar face dificilă eliminarea lor prin urinare.

Odată ajunși acolo, mașinile și-au eliberat lent dexametazona pe parcursul a aproximativ două zile. Un astfel de flux constant de medicamente ar putea permite pacienților să primească mai multe medicamente pe o perioadă mai lungă de timp, a spus Lee, îmbunătățind rezultatele pentru pacienți.

El a adăugat că echipa mai are mult de lucru înainte ca microroboții să poată călători prin corpuri umane reale. Pentru început, grupul dorește să facă mașinile complet biodegradabile, astfel încât acestea să se dizolve în cele din urmă în organism.

„Dacă putem face ca aceste particule să funcționeze în vezica urinară”, a spus Lee, „atunci putem obține o eliberare mai susținută a medicamentelor și poate că pacienții nu ar trebui să vină la clinică atât de des.”