Ingenieros y científicos han desarrollado una prueba de concepto para un robot que puede alcanzar algunos de los bronquios más pequeños de los pulmones, para tomar muestras de tejido o administrar terapia contra el cáncer.

Conocido como un robot de tentáculo magnético, mide solo 2 milímetros de diámetro, aproximadamente el doble del tamaño de la punta de un bolígrafo.

Se utilizarán imanes en el exterior del paciente para guiar el robot tentáculo a su lugar.

El dispositivo ha sido desarrollado por un equipo de ingenieros, científicos y médicos con sede en el Laboratorio STORM de la Universidad de Leeds, que es pionero en el uso de sistemas robóticos para ayudar en los procedimientos de endoscopia y catéter, donde se inserta un tubo fino en el cuerpo.

Los investigadores han publicado sus hallazgos en la revista Soft Robotics.

La prueba de concepto se basó en pruebas de laboratorio que involucraron una réplica tridimensional de un árbol bronquial modelado a partir de datos anatómicos. La próxima fase de la investigación investigará la efectividad del dispositivo para navegar por los pulmones tomados de un cadáver.

Límites de la tecnología existente

Actualmente, los médicos utilizan un instrumento llamado broncoscopio para realizar un examen de los pulmones y las vías respiratorias. El procedimiento consiste en pasar un instrumento similar a un tubo flexible, de unos 3,5 a 4 milímetros de diámetro, a través de la nariz o la boca hasta los conductos bronquiales.

Debido a su tamaño, el broncoscopio solo puede viajar hasta los niveles superiores del árbol bronquial.

Para profundizar en los pulmones, se pasa un catéter o tubo fino, que mide aproximadamente 2 milímetros de diámetro, a través del broncoscopio y luego hacia los tubos más pequeños de los pulmones.

Pero los médicos están limitados en la forma en que pueden mover un broncoscopio, lo que dificulta la navegación del instrumento y el catéter hasta donde se necesitan.

El robot de tentáculos magnéticos, sin embargo, ha sido desarrollado para ser mucho más maniobrable y utiliza un sistema de guiado robótico personalizado para cada procedimiento.

El profesor Pietro Valdastri, director del laboratorio STORM que supervisó la investigación, dijo: «Un robot de tentáculo magnético o catéter que mide 2 milímetros y cuya forma se puede controlar magnéticamente para adaptarse a la anatomía del árbol bronquial puede llegar a la mayoría de las áreas del pulmón, y sería una herramienta clínica importante en la investigación y el tratamiento de un posible cáncer de pulmón y otras enfermedades pulmonares.

«Nuestro sistema utiliza un sistema de guía magnético autónomo que elimina la necesidad de que los pacientes sean radiografiados mientras se lleva a cabo el procedimiento».

Tecnología innovadora

Para desarrollar el sistema robótico, el equipo de investigación tuvo que superar dos grandes desafíos.

En primer lugar, tenían que hacer un dispositivo que fuera pequeño, flexible y capaz de navegar por los giros y vueltas de la anatomía del árbol bronquial.

En segundo lugar, necesitaban un sistema autónomo para guiar el robot de tentáculos magnéticos a su lugar, eliminando la necesidad de que un médico maniobre manualmente un instrumento para colocarlo en su lugar, lo que a menudo implica que el paciente esté expuesto a rayos X y puede ser un desafío técnico para Personal medico.

Robot pequeño y flexible

Para reducir el tamaño del robot manteniendo la capacidad de control del movimiento, los investigadores lo fabricaron a partir de una serie de segmentos cilíndricos interconectados, cada uno de 2 milímetros de diámetro y alrededor de 80 milímetros de longitud. Los segmentos estaban hechos de un material elastomérico suave o similar al caucho que había sido impregnado con pequeñas partículas magnéticas.

Debido a la presencia de partículas magnéticas, los segmentos interconectados pueden moverse de forma algo independiente bajo el efecto de un campo magnético externo. El resultado es un robot de tentáculo magnético que es muy flexible, capaz de cambiar de forma y lo suficientemente pequeño como para evitar engancharse en las estructuras anatómicas de los pulmones.

Sistema de guiado

Se usarían imanes montados en brazos robóticos en el exterior del paciente para guiar el dispositivo hacia los pulmones en un proceso que se haría a la medida de cada procedimiento.

La ruta a través del árbol bronquial se planifica a partir de exploraciones preoperatorias de los pulmones de un paciente y se programa en el sistema robótico. A medida que los imanes fuera del paciente se mueven, desarrollan fuerzas sobre las partículas magnéticas en los segmentos del catéter, lo que hace que cambien de forma o dirección, lo que permite maniobrar el robot a través de los pulmones hasta el sitio de una lesión sospechosa.

Una vez en la ubicación objetivo, el robot se usa para tomar una muestra de tejido o administrar un tratamiento.

Pueden pasar varios años antes de que la tecnología de «tentáculos magnéticos» esté disponible en un entorno hospitalario.

El laboratorio STORM de la Universidad de Leeds está revolucionando la tecnología utilizada en las investigaciones endoscópicas y de catéteres.

Han creado un prototipo de endoscopio de bajo costo, utilizado para investigar el tracto gastrointestinal superior, que podría usarse en países de ingresos bajos a medios donde la falta de acceso a equipos costosos está obstaculizando los programas de detección.

La tecnología magnética también está en el corazón de un sistema de colonoscopia robótica que es más fácil de operar para el personal y más amable para los pacientes.

El laboratorio STORM es parte del Centro de Investigación del Cáncer de Leeds, que se inauguró a principios de año.

Vídeo: https://youtu.be/CP8BYFwsYSo