Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Robotyczna nić pozwoli na zdalne leczenie udarów

Recommended Posts

Na MIT powstał sterowany za pomocą pola magnetycznego robot podobny do nici, który może przemieszczać się w wąskich poskręcanych naczyniach krwionośnych, np. w naczyniach w mózgu. W przyszłości tego typu roboty, po połączeniu z innymi dostępnymi technologiami, mogą zostać użyte do szybkiego leczenia zatorów cy uszkodzeń w mózgu.

Udar mózgu jest obecnie piątą przyczyną śmierci i główną przyczyną niepełnosprawności w USA. Jeśli leczenie ostrego udaru rozpocznie się w ciągu pierwszych 90 minut, to szanse pacjenta na przeżycie znacząco rosną, mówi profesor Xuanhe Zhao. Jeśli mielibyśmy urządzenie, które pozwoliłoby na usunięcie zatoru w ciągu tej „złotej godziny”, moglibyśmy potencjalnie uniknąć uszkodzenia mózgu. Z taką właśnie nadzieją pracujemy.

Obecnie w celu usunięcia zatoru w mózgu zwykle przeprowadza się procedurę polegającą na wprowadzeniu do tętnicy udowej cewnika, który dociera do mózgu. Później wykorzystywany jest jeszcze stent, za pomocą którego usuwa się skrzep.

To długotrwała procedura, wymagająca obecności specjalnie przeszkolonego chirurga, który ponadto otrzymuje podczas niej dawkę promieniowania, służącego do obrazowania przebiegu operacji. To wymagający zabieg. Nie ma wystarczająco dużo chirurgów, którzy potrafią go wykonać. Szczególnie na terenach podmiejskich i wiejskich, mówi Yoonho Kim, jeden z autorów badań. Procedura wymaga ręcznego sterowania narzędziami, które wykonane są z metalu pokrytego polimerem. Ten z kolei może uszkadzać wyściółkę naczyń krwionośnych.

Zespół z MIT postanowił pójść inną drogą. Naukowcy przez ostatnie lata pogłębiali swoją wiedzę na temat hydrożeli oraz produkowanych technologią druku 3D materiałach sterowanych za pomocą pola magnetycznego. Teraz połączyli swoją wiedzę i stworzyli sterowaną magnetycznie pokrytą hydrożelem nić, którą podczas testów przeprowadzili przez dokładny model 1:1 naczyń krwionośnych mózgu.

Rdzeń robotycznej nici jest wykonany z nitinolu, czyli stopu niklu i tytanu. To materiał jednocześnie giętki i sprężysty. Został on pokryty specjalnym tuszem połączonym z nitinolem za pomocą cząstek magnetycznych, a całość pokryto hydrożelem, materiałem, który jest biokompatybilny, gładki, nie uszkadza naczyń krwionośnych i nie wpływa na reakcję leżących pod nim cząstek magnetycznych. Następnie za pomocą dużego magnesu wykazali, że są w stanie precyzyjnie sterować urządzeniem.
Stworzyli też silikonowy model naczyń krwionośnych mózgu, który wypełnili płynem o podobnej lepkości co krew, a następnie przeprowadzili swoją robotyczną nić przez naczynia.

Kim mówi, że ich nić można wyposażyć w różnego typu funkcje. Może ona np. dostarczać do miejsca zatoru leki rozpuszczające zakrzep czy rozbijać go za pomocą lasera. Na potrzeby badań uczeni zastąpili nitinol światłowodem i wykazali, że są taki robot również może dotrzeć do miejsca zakrzepu, a oni są w stanie aktywować laser na żądanie.

Przeprowadzono też porównanie robotycznej nici pokrytej i niepokrytej hydrożelem. Okazało się, że żel ułatwiał przemieszczanie się i zapobiegał utknięciu nici w wąskich naczyniach.

Jednym z wyzwań chirurgii jest nawigowanie przez złożoną sieć naczyń krwionośnych mózgu, które mogą mieć taką średnicę, iż dostępne cewniki nie są w stanie tam dotrzeć. Te badania dają nadzieję na rozwiązanie tego problemu i przeprowadzenie operacji bez konieczności otwierania czaszki, mówi profesor Kyujin Cho, z Narodowego Uniwersytetu Seulskiego.

Kolejna dobra wiadomość jest taka, że skoro chirurg nie musi fizycznie popychać cewnika, gdyż nić jest sterowana za pomocą pola magnetycznego, nie musi on przebywać w sąsiedztwie źródła promieniowania wykorzystywanego do obrazowania przebiegu operacji. Już istniejące rozwiązania pozwalają na jednoczesne zastosowanie pola magnetycznego i fluoroskopii, więc lekarz może przebywać w innym pomieszczeniu, a nawet w innym mieście, kontrolując pole magnetyczne za pomocą dżojstika. Mamy nadzieję, że w kolejnym etapie badań będziemy mogli przetestować naszą technologię in vivo, cieszy się Kim.

 


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Przydałby się w Polsce taki MIT. Co krok słyszy się o ich wynalazkach. Może AGH stanie w szranki? Jak uważasz co musiałoby mieć miejsce żeby Polska uczelnia mogła w ten sposób działać?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dzięcioł uderzający dziobem o drzewo z wielką siłą, prędkością i częstotliwością w jakiś sposób nie odczuwa negatywnych skutków swoich działań. Specjaliści, zastanawiający się, w jaki sposób mózg ptaka znosi te uderzenia, mówią o specjalnej konstrukcji czaszki lub o długim owiniętym wokół czaszki języku, co ma łagodzić wstrząsy. Autorzy najnowszej analizy twierdzą jednak, że nic takiego nie ma miejsca.
      Wielu badaczy zakłada, że musi istnieć jakiś mechanizm absorpcji siły uderzenia, gdyż jeśli my byśmy zrobili coś takiego, to byłby on nam potrzebny, mówi Thomas Roberts, biomechanik z Brown University, który nie był zaangażowany w najnowsze badania.
      Gdy nisko pochylony zawodnik futbolu amerykańskiego wpada na przeciwnika, jego głowa się zatrzymuje, ale mózg porusza się nadal, dochodzi do jego kompresji. Czasem może dojść w ten sposób do uszkodzenia. Tymczasem dzięcioł może tysiące razy dziennie uderzać dziobem w drzewo z przyspieszeniem trzykrotnie większym niż to, które pozbawiłoby człowieka przytomności i nie odnosi przy tym obrażeń.
      Pomimo braku dowodów biologicznych na znaczącą absorpcję siły uderzenia, inżynierowie wykorzystują morfologię czaszki dzięciołów jako wzór do budowy hełmów. Tymczasem hipoteza o absorbowaniu uderzenia przez czaszkę nie tylko nie została zbadana w naturze, ale jest też kontrowersyjna. Mielibyśmy tutaj bowiem do czynienia z paradoksem, polegającym na tym, że dzięciołowi zależy, by przykładać dużą siłę do drzewa. Gdyby siła uderzeń była absorbowana, dzięcioł musiałby uderzać jeszcze mocniej, by osiągnąć pożądane efekty. Jako że możemy przypuszczać, iż silne wybiórcze oddziaływanie na drzewo prawdopodobnie usprawniało działania dzięcioła w toku ewolucji, jak jednocześnie miałaby wyewoluować cecha ograniczająca to oddziaływanie, czytamy w artykule pod wiele mówiącym tytułem Woodpeckers minimize cranial absorption of shocks [PDF] opublikowanym na łamach Cell. Current Biology.
      Autorzy nowej analizy, w tym Sam Van Wassenbergh z Uniwersytetu w Antwerpii, postanowili przede wszystkim sprawdzić hipotezę jakoby pomiędzy dziobem dzięcioła a jego mózgiem istniał mechanizm absorpcji siły wstrząsu, który powodowałby, że wytracanie prędkości przez mózg jest znacznie łagodniejsze niż wytracanie prędkości przez dziób uderzający w drzewo. Za pomocą szybkiej kamery nagrali sześć żyjących w ptaszarniach dzięciołów należących do trzech gatunków (2 dzięcioły czarne, 2 dzięcioły długoszyje oraz 2 dzięcioły duże). Następnie wykorzystali analizę poklatkową do śledzenia pozycji dwóch znaczników umieszczonych na dziobie każdego zwierzęcia, jednego na oku oraz, w przypadku dzięcioła długoszyjego, kropki narysowanej tuż za okiem. Jako, że oczy są ciasno umieszczone w oczodołach, które znajdują się pomiędzy gąbczastym fragmentem czaszki z przodu, a tylną częścią czaszki, wytracanie prędkości przez oko jest dobrym przybliżeniem wytracania prędkości przez tylną część mózgu, stwierdzili autorzy badań.
      Analizy wykazały, że podczas uderzania obszar łączący dziób z okiem jest sztywny. Co więcej, u dzięciołów czarnych i jednego dzięcioła dużego mediana wytracania prędkości przez oko nie różniła się znacząco od mediany wytracania prędkości przez dziób, a u dzięciołów długoszyich i jednego dzięcioła dużego oko znacznie bardziej gwałtownie wytracało prędkość niż dziób. Analiza obu znaczników na dziobie pokazała zaś, że absorpcja siły uderzenia jest w nim albo pomijalnie mała (zjawisko takie zanotowano u jednego dzięcioła czarnego), albo też nie zachodzi.
      Badania wskazują zatem, że w czasie kucia głowa dzięciola działa jak sztywny młot. Ich autorzy uważają, że gąbczaste fragmenty czaszki dzięciołów nie służą do absorbowania siły uderzenia i ochrony mózgu poprzez elastyczne deformowania się, a ich budowa ma służyć ochronie samej czaszki przed rozpadnięciem się od uderzeń.
      Van Wassengergh i jego koledzy piszą, że przeprowadzone symulacje ciśnień wewnątrzczaszkowych potwierdzają teorię Gibsona mówiącą, że taki system może działać bez specjalnych mechanizmów ochrony przed uszkodzeniami mózgu. Sądzą, że w toku ewolucji u dzięciołów pojawiły się odpowiednie rozmiary głowy, ograniczenie maksymalnej prędkości uderzenia oraz umiejętność wyboru drzew o odpowiedniej twardości. Nie wykluczają też istnienia dodatkowych środków ochronnych jak mechanizmy naprawy uszkodzeń mózgu, odpowiednia kompresja żył w szyi celem zwiększenia ciśnienia krwi w mózgu czy manipulowanie przepływem płynu mózgowo-rdzeniowego.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Gwiazdy neutronowe są źródłem najpotężniejszych pól magnetycznych we wszechświecie. Naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk donieśli właśnie, że satelita Insight-HXMT zaobserwował gwiazdę o najpotężniejszej indukcji magnetycznej na powierzchni. Z pomiarów wynika, że indukcja na powierzchni gwiazdy znajdującej się w układzie podwójnym Swift J0243.6+6124 wynosi gigantyczne 1,6 miliarda tesli. Dotychczasowy rekord, zmierzony w 2020 roku, wynosił 1 miliard tesli.
      O tym, o jak olbrzymich wartościach mówimy niech świadczy fakt, że indukcja potężnych magnesów wykorzystywanych w akceleratorach cząstek czy reaktorach fuzyjnych wynosi kilkanaście tesli. A indukcja pola magnetycznego na powierzchni Ziemi to... 0,000065 tesli. Indukcja magnetyczna Swift J0243.6+6124 jest więc 24 biliony razy większa.
      Wspomniany układ podwójny składa się z gwiazdy neutronowej oraz jej towarzysza. Potężna grawitacja gwiazdy neutronowej wyciąga z jej towarzysza gaz, który opada na gwiazdę neutronową, tworząc wokół dysk akrecyjny. Plazma z dysku akrecyjnego opada wzdłuż linii pola magnetycznego na powierzchnię gwiazdy, podążając do biegunów magnetycznych, gdzie wywołuje silne promieniowanie rentgenowskie emitowane w wąskich wiązkach wzdłuż biegunów magnetycznych. Jako że gwiazda się obraca, obserwator widzi pulsujące promieniowanie magnetyczne, stąd taki układ nazywa się pulsarem rentgenowskim.
      Z wielu badań wiemy, że energia absorpcji linii promieniowania rentgenowskiego z takiego pulsara odpowiada indukcji magnetycznej na powierzchni gwiazdy neutronowej. Dzięki temu możemy mierzyć tę indukcję badając promieniowanie emitowane przez gwiazdę.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Ośmiornice to wyjątkowe stworzenia w świecie bezkręgowców. Wyróżniają się niezwykłą inteligencją i zdolnościami poznawczymi. Pod wieloma względami mają więcej wspólnego z kręgowcami niż bezkręgowcami. Zdolności ośmiornic od dawna fascynują naukowców. Teraz uczeni donoszą, że – być może – za część inteligencji tych zwierząt odpowiada pewne molekularne podobieństwo ich mózgów, do mózgów ludzi. Odkryli bowiem, że w mózgach dwóch gatunków ośmiornic aktywne są te same „skaczące geny” co w ludzkim mózgu.
      „Skaczące geny”, czyli transpozony, to sekwencje DNA, które mogą przemieszczać się na inne pozycje w genomie.
      W 2001 roku odkryto, że ponad 45% ludzkiego genomu składa się z transpozonów, „skaczących genów”, które mogą zmieniać miejsce w genomie. W większości przypadków te mobilne elementy nie są aktywne i utraciły zdolność do przemieszczania się.
      Jednym z najbardziej interesujących naukowców mobilnych transpozonów są te, które należą do rodziny LINE (Long Interspersed Nuclear Elements). Są one potencjalnie aktywne, a w naszym genomie występują setki ich kopii. Początkowo sądzono, że aktywność transpozonów rodziny LINE to kwestia przeszłości, pozostałość po czasach, gdy zachodziły procesy ewolucyjne, w których brały one udział. Jednak w ostatnich latach okazało się, że w mózgu aktywność LINE jest bardzo precyzyjnie regulowana. Obecnie wielu specjalistów sądzi, że transpozony LINE są powiązane ze zdolnością uczenia się  zapamiętywania. Są bowiem szczególnie aktywne w hipokampie, najważniejszej strukturze mózgu odpowiedzialnej za proces uczenia się.
      Genom ośmiornicy również jest pełen transpozonów, z których większość jest nieaktywna. Remo Sanges z SISSA w Trieście i Graziano Fiorito ze Stazione Zoologica Dohrn w Neapolu skupili się na poszukiwaniu aktywnych transpozonów w mózgach ośmiornic. Zidentyfikowali element rodziny LINE, który jest kluczowy dla zdolności poznawczych tych zwierząt.
      Odkrycie elementu z rodziny LINE, aktywnego w mózgach dwóch gatunków ośmiornic [Octopus vulgaris i Octopus bimaculoides – red.] to bardzo ważne wydarzenie, gdyż wspiera hipotezę, że fragmenty te odgrywają jeszcze jakąś rolę poza kopiowaniem się, mówi Sanges. A Giovanna Ponte, dyrektor Wydziału Biologii i Ewolucji Organizmów Morskich w Stazione Zoologica Anton Dohrn dodaje: dosłownie podskoczyłam na krześle, gdy pod mikroskopem zauważyłam bardzo silny sygnał aktywności tego elementu w płacie pionowym, części mózgu, która u ośmiornicy spełnia tę samą rolę co hipokamp u człowieka.
      Jako że mózg ośmiornicy w wielu aspektach funkcjonalnych przypomina mózgi ssaków, nowo odkryty element LINE może zawierać tajemnice dotyczące ewolucji inteligencji.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Kolonii zaproponowali nowatorskie podejście do leczenia zaburzeń jedzenia. Wykazali, że neurony AgRP (agouti-related peptide neurons) kontrolują uwalnianie endogennych lizofosfolipidów. Te z kolei kontrolują pobudzanie komórek nerwowych w korze mózgowej stymulujących pobieranie żywności. W całym procesie kluczową rolę odgrywa szlak sygnałowy kontrolowany przez enzym o nazwie autotaksyna (ATX), odpowiedzialny za produkcję kwasu lizofosfatydowego (LPA). Uczeni stwierdzili więc, że w walce z kompulsywnym objadaniem się i otyłością mogłyby pomóc inhibitory autotaksyny.
      Zespół pod kierunkiem profesorów Johanessa Vogta (Uniwersytet w Kolonii), Roberta Nitscha (Uniwersytet w Münster) oraz Thomasa Horvatha (Yale School of Medicine) wykazała, że u ludzi z zaburzonym szlakiem sygnałowym LPA częściej występują otyłość oraz cukrzyca typu II. Dodali do tego spostrzeżenie, że to kontrola pobudzenia neuronów w korze mózgowej przez LPA odgrywa kluczową rolę w kontrolowaniu zachowań związanych z odżywianiem się. Neurony AgRP regulują poziom lizofosfatydylocholiny (LPC) w krwi. LPC dociera do mózgu, gdzie autotaksyna zamienia ją w LPA, stymulujący specyficzne neurony w mózgu, co prowadzi do zwiększenia przyjmowania żywności.
      Przeprowadzone eksperymenty na myszach wykazały, że po okresie postu w krwi zwierząt pojawiło się więcej LPC, co prowadziło do zwiększenia stymulacji LPA w mózgu. Myszy aktywnie poszukiwały jedzenia. Gdy naukowcy podali im inhibitory autotaksyny, poziomy LPC i LPA spadły. Z kolei myszy otyłe, którym regularnie podawano inhibitory autotaksyny, straciły na wadze.
      Zarówno po manipulacji genetycznej, jak i po podaniu inhibitorów ATX zauważyliśmy zarówno znaczące zmniejszenie nadmiernego przyjmowania pożywienia jak i otyłości. Prowadzone przez nas od lat badania nad działaniem LPA na mózg okazały się przydatne również w kontrolowania zachowań związanych z jedzeniem, mówi profesor Vogt. Z kolei profesor Nitsch wskazuje, że dzięki temu może powstać lek do walki z otyłością. Uzyskane przez nas wyniki pokazują, że osoby z zaburzonym szlakiem sygnałowym LPA z większym prawdopodobieństwem są otyłe i cierpią na cukrzycę typu II. To pokazuje, że inhibitory ATX mogą być skutecznym lekiem. Wraz z Instytutem Hansa Knölla w Jenie prowadzimy prace nad stworzeniem takich inhibitorów dla ludzi.
      Więcej na ten temat można przeczytać na łamach Nature.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Gdy na początku XX wieku naukowcy zaczęli wykorzystywać elektrody do rejestrowania aktywności mózgu, zauważyli sygnały, które nazwali „falami mózgowymi”. Od tamtej pory są one przedmiotem intensywnych badań. Wiemy, że fale są przejawem zsynchronizowanej aktywności neuronów, a zmiany w intensywności fal reprezentują zmniejszającą się i zwiększającą aktywność grup neuronów. Powstaje pytanie, czy i w jaki sposób fale te uczestniczą w przekazywaniu informacji.
      Kwestię tę postanowił rozstrzygnąć doktorant Tal Dalal z Multidyscyplinarnego Centrum Badań nad Mózgiem na Uniwersytecie Bar-Ilan. Z artykułu opublikowanego na łamach Cell Reports [PDF] dowiadujemy się, że badacze zmienili poziom synchronizacji fal mózgowych w obszarze przekazywania informacji. Następnie sprawdzili, jak wpłynęło to na przekazanie informacji i jak została ona zrozumiana przez obszar mózgu, do którego dotarła.
      Badacze skupili się na części mózgu zawiadującej układem węchowym. Charakteryzuje się ona bowiem silną aktywnością fal mózgowych, a za ich synchronizację odpowiada w tym regionie szczególny typ neuronów. Uczeni wykorzystali metody optogenetyczne, pozwalające na włączanie i wyłączanie aktywności neuronów za pomocą impulsów światła. Dzięki temu mogli obserwować, w jaki sposób włączenie i wyłączenie synchronizacji w jednym regionie wpływało na przekazywanie informacji do innego obszaru mózgu.
      Manipulacji dokonywano w miejscu (nazwijmy je regionem początkowym), w którym dochodzi do wstępnego przetwarzania informacji z układu węchowego. Stamtąd informacja, zsynchronizowana lub niezsynchronizowana, trafiała do kolejnego obszaru (region II), gdzie odbywa się jej przetwarzanie na wyższym poziomie.
      Naukowcy odkryli, że zwiększenie synchronizacji neuronów w regionie początkowym prowadziło do znaczącej poprawy tempa transmisji i przetwarzania informacji w regionie II. Gdy zaś poziom synchronizacji zmniejszono, do regionu II trafiała niepełna informacja.
      Naukowcy dokonali też niespodziewanego odkrycia. Ze zdumieniem zauważyliśmy, że aktywowanie neuronów odpowiedzialnych za synchronizację, prowadziło do spadku ogólnej aktywności w regionie początkowym, więc można się było spodziewać, że do regionu II trafi mniej informacji. Jednak fakt, że dane wyjściowe zostały lepiej zsynchronizowane kompensował zmniejszoną aktywność, a nawet zapewniał lepszą transmisję, mówi Dalal.
      Autorzy badań doszli więc do wniosku, że synchronizacja jest niezwykle ważna dla przekazywania i przetwarzania informacji. To zaś może wyjaśniać, dlaczego zmniejszenie poziomu synchronizacji neuronów, co objawia się mniejszą intensywnością fal mózgowych, może prowadzić do deficytów poznawczych widocznych np. w chorobie Alzheimera. Dotychczasowe badania pokazywały, że istnieje korelacja pomiędzy zmniejszonym poziomem synchronizacji, a chorobami neurodegeneracyjnymi, ale nie wiedzieliśmy, dlaczego tak się dzieje. Teraz wykazaliśmy, że synchronizacja bierze udział w przekazywaniu i przetwarzaniu informacji, więc to może być powód obserwowanych deficytów u pacjentów, mówi Dalal.
      Badania prowadzone przez Dalala i profesora Rafiego Haddada mogą doprowadzić do pojawienia się nowych terapii w chorobach neurodegeneracyjnych. Nie można wykluczyć, że w przyszłości uda się przywrócić odpowiednią sychnchronizację fal mózgowych u chorych.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...