Locomozione millirobotica wireless adattiva nel sistema vascolare distale

Nature Communications volume 13, numero articolo: 4465 (2022) Citare questo articolo

8730 accessi

8 citazioni

7 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

I microcateteri hanno consentito diverse operazioni endovascolari minimamente invasive e notevoli benefici per la salute rispetto agli interventi chirurgici a cielo aperto. Tuttavia, con percorsi tortuosi lontani dal sito di puntura arteriosa, le regioni vascolari distali rimangono difficili per un accesso sicuro al catetere. Pertanto, proponiamo un robot morbido magnetico wireless a forma di stent da dispiegare, navigare attivamente, utilizzare per funzioni mediche e recuperare nell'esempio il segmento M4 dell'arteria cerebrale media. Investighiamo la locomozione controllata in modo adattivo in fantasmi che emulano le condizioni fisiologiche qui, dove il diametro del lume si restringe da 1,5 mm a 1 mm, il raggio di curvatura del lume tortuoso diventa fino a 3 mm, l'angolo di biforcazione del lume arriva fino a 120 °, e la velocità del flusso pulsante arriva fino a 26 cm/s. Il robot può resistere al flusso anche quando l'attuazione magnetica è disattivata. Queste capacità di locomozione sono confermate nelle arterie suine ex vivo. Inoltre, varianti del robot potrebbero rilasciare localmente l’attivatore tissutale del plasminogeno su richiesta per la trombolisi e funzionare come deviatori di flusso, avviando terapie promettenti contro ictus ischemico acuto, aneurisma, malformazione artero-venosa, fistole artero-venose durali e tumori cerebrali. Queste funzioni dovrebbero facilitare l'utilizzo del robot nelle nuove operazioni endovascolari distali.

L'accesso al sistema vascolare tramite microcateteri ha offerto nuove opportunità nelle procedure diagnostiche e terapeutiche mirate minimamente invasive, che sono state ampiamente utilizzate in clinica negli ultimi decenni1. Tuttavia, i cateteri hanno un accesso sicuro limitato alle vie vascolari distali a causa di vari fattori2,3,4,5. Innanzitutto, il percorso di accesso più lungo dai siti di puntura arteriosa (arteria radiale o arteria femorale), la tortuosità dei vasi e i vasi più piccoli con pareti vascolari più sottili aumentano le difficoltà di navigare in sicurezza e spingere il catetere in queste regioni senza causare lesioni3,4, mediante inserimento manuale1,5 o robotico6. In secondo luogo, alcune lesioni vascolari, come le malattie trombotiche e l'arteriosclerosi, riducono o addirittura bloccano il flusso sanguigno nelle arterie, rendendo poco pratico l'utilizzo del flusso per far avanzare il catetere nella posizione target4.

Come esempio tipico, le arterie corticali distali sono limitate ad un accesso sicuro ed efficace tramite cateteri per trattare varie lesioni e malattie intorno a questa regione, come l'ictus ischemico acuto (AIS)3,7,8, l'aneurisma9,10, la malformazione artero-venosa cerebrale ( CAVM)11,12, fistole artero-venose durali (dAVF)13,14 e tumori cerebrali15,16. In particolare, la maggior parte dei tumori cerebrali primari maligni si verifica nella corteccia cerebrale, con la percentuale più alta (26%) che si sviluppa nel lobo frontale15, mentre i dAVF e l'86% dei CAVM si verificano nella regione corticale12. Sebbene i tassi di insorgenza di aneurismi corticali e AIS siano stati rispettivamente dell'1% e inferiori al 15%, è stato anche affermato che i tassi effettivi sono stati sottostimati a causa della sensibilità dell'imaging medico3,10. Inoltre, le occlusioni emisferiche distali portano comunemente ad afasia parziale, emiparesi frazionata o emianestesia, nonché difetti del campo emivisivo parziali o completi3. Gli aneurismi corticali si manifestano clinicamente solo dopo la rottura della sacca aneurismatica10, che porterebbe a varie complicazioni fatali e necessita di un trattamento precoce e adeguato9. A causa della difficoltà di raggiungere in sicurezza la prossimità di queste lesioni mirate mediante cateterizzazione, gli agenti terapeutici, come stent, bobine e farmaci, non possono essere somministrati in modo accurato ed efficiente (per i dettagli sulla limitazione delle attuali terapie endovascolari delle malattie di cui sopra , fare riferimento alla tabella supplementare 1). Pertanto, l’efficacia delle terapie può essere ridotta3,9,11. Limitazioni simili si applicano anche ad altre vie vascolari distali17. Pertanto, vi sono esigenze insoddisfatte di strumenti medici più efficaci per terapie minimamente invasive in queste regioni arteriose distali.