Léčba mozkové mrtvice je často spojena s riziky. Většinou ji způsobuje krevní sraženina ucpávající mozkovou cévu. K jejímu rozpuštění je nutné podat léky, které se distribuují po celém těle. Aby se do mozku dostalo dostatečné množství účinné látky, je potřeba vysoká dávka, což ovšem přináší značné vedlejší účinky, například vnitřní krvácení.

Výzkumný tým z ETH Zürich ve Švýcarsku nyní představil inovativní řešení: nového biokompatibilního mikrorobota, který dokáže přesně doručovat léčiva na konkrétní místa v těle, včetně mozku. Detaily tohoto převratného objevu byly nedávno zveřejněny v časopise Science.

Malá gelová kapsle s mimořádnou silou

Základem mikrorobota je kulatá kapsle obklopená rozpustným gelovým obalem. Klíčové pro navigaci jsou nanočástice oxidu železa uvnitř kapsle, které umožňují magnetické řízení celým tělem.

Jak vysvětluje první autor studie, Fabian Landers z laboratoře Multi-Scale Robotics Lab na ETH Zürich: „Protože jsou cévy v lidském mozku tak malé, může mít kapsle pouze určitou velikost. Technickou výzvou bylo zajistit, aby tak malá kapsle měla zároveň dostatečně silné magnetické vlastnosti pro spolehlivé ovládání.“

Navigace a viditelnost pod rentgenem

Pro sledování pohybu kapsle v těle pomocí rentgenového záření je nezbytná kontrastní látka. Vědci pro tento účel zvolili nanočástice tantalu, které se běžně používají v medicíně. Ty jsou však poměrně těžké, což komplikuje magnetické ovládání. Rovnováhy bylo dosaženo pouze díky speciálně vyvinutým, přesně padnoucím nanočásticím oxidu železa.

Navigace v cévním řečišti je velmi náročná. Jak popisuje Bradley Nelson z ETH Zürich, rychlost krve v lidském arteriálním systému se značně liší v závislosti na lokalitě, což značně ztěžuje ovládání robota.

Proti proudu až 20 cm/s

Vědci vyvinuli kombinaci tří navigačních metod, které umožňují kontrolu v mnoha různých scénářích:

1. Rotující magnetické pole: Pomocí něj dokázali posunout kapsli podél stěny cévy rychlostí 4 milimetry za sekundu.
2. Gradient magnetického pole: Mikrorobot dokáže plavat dokonce proti proudu krve s rychlostí proudění až 20 centimetrů za sekundu. Toho dosahuje pohybem k silnější magnetické oblasti.
3. Navigace v proudu: V místě rozvětvení cévy je magnetické pole umístěno proti stěně cévy tak, aby kapsle byla proudem unášena do správné větve.

„Je neuvěřitelné, kolik krve proudí našimi cévami a jakou rychlostí. Náš navigační systém musí být schopen to všechno zvládnout,“ dodává Landers.

Přesné uvolnění aktivní složky

Nejdůležitější část – uvolnění aktivní složky – se odehrává pomocí speciálního katétru. Vysokofrekvenční magnetické pole zahřívá magnetické nanočástice, čímž se gelový obal rozpustí.

Během experimentů vědecký tým naložil do mikrorobotů běžně používané léky pro různé aplikace. Patřil mezi ně nejen lék na rozpouštění krevních sraženin, ale také antibiotikum a lék proti nádorům, což naznačuje obrovský terapeutický potenciál do budoucna.

Testování a budoucnost

Mikrorobot se do těla zavádí standardním zaváděcím katétrem a je zpočátku držen na místě malým plastovým úchytem.

Vědci potvrdili, že ve více než 95 procentech testovaných případů robot úspěšně doručil lék na správné místo. Testování probíhalo nejprve na silikonových modelech lidských a zvířecích cév. Následně se v experimentech na prasatech prokázalo, že všechny navigační metody fungují spolehlivě a že mikrorobot zůstává po celou dobu jasně viditelný.

Mimořádně vzrušující bylo testování na ovci, kde navigovali kapslí mozkomíšním mokem. Landers závěrem uvádí: „Toto komplexní anatomické prostředí má velký potenciál pro další terapeutické intervence, a proto bylo pro nás tak vzrušující, že se mikrorobot dostal i sem.“