Các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp mới để điều trị các khối u gan bằng cách sử dụng các robot siêu nhỏ dẫn hướng bằng nam châm trong thiết bị MR
Các nhà nghiên cứu Canada do bác sĩ X quang Gilles Soulez ở Montréal dẫn đầu đã phát triển một phương pháp mới để điều trị các khối u gan bằng cách sử dụng các robot siêu nhỏ dẫn hướng bằng nam châm trong thiết bị MRI.
Ý tưởng tiêm robot siêu nhỏ vào máu để chữa lành cơ thể con người không phải là mới.
Nó cũng không phải là khoa học viễn tưởng.
Được hướng dẫn bởi từ trường bên ngoài, các robot tương thích sinh học thu nhỏ, được làm từ các hạt nano oxit sắt có thể từ hóa, về mặt lý thuyết có thể cung cấp phương pháp điều trị y tế theo cách rất nhắm mục tiêu.
Cho đến nay vẫn còn một trở ngại kỹ thuật: lực hấp dẫn của các microrobot này vượt quá lực từ, làm hạn chế khả năng dẫn hướng của chúng khi khối u nằm ở vị trí cao hơn vị trí tiêm.
Trong khi từ trường của MRI cao thì độ dốc từ tính được sử dụng để điều hướng và tạo ra hình ảnh MRI lại yếu hơn.
Tiến sĩ Gilles Soulez, nhà nghiên cứu tại Đại học Y khoa Hoa Kỳ cho biết: “Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi đã phát triển một thuật toán xác định vị trí của cơ thể bệnh nhân để chụp MRI lâm sàng nhằm tận dụng trọng lực và kết hợp nó với lực điều hướng từ tính”. Trung tâm Nghiên cứu CHUM và giám đốc khoa X quang, ung thư vô tuyến và y học hạt nhân tại Đại học Montréal.
Ông nói: “Hiệu ứng kết hợp này giúp các vi robot di chuyển đến các nhánh động mạch nuôi dưỡng khối u dễ dàng hơn”.
“Bằng cách thay đổi hướng của từ trường, chúng tôi có thể hướng dẫn chính xác chúng đến các vị trí cần điều trị và do đó bảo tồn các tế bào khỏe mạnh.”
Hướng tới độ chính xác cao hơn
Được xuất bản trên Science Robotics , bằng chứng về khái niệm này có thể thay đổi các phương pháp X quang can thiệp được sử dụng để điều trị ung thư gan.
Loại phổ biến nhất trong số này là ung thư biểu mô tế bào gan, gây ra 700.000 ca tử vong mỗi năm trên toàn thế giới và hiện nay thường được điều trị bằng phương pháp hóa trị liệu qua đường động mạch.
Đòi hỏi nhân sự có trình độ cao, phương pháp điều trị xâm lấn này bao gồm việc thực hiện hóa trị trực tiếp vào động mạch nuôi khối u gan và ngăn chặn nguồn cung cấp máu cho khối u bằng cách sử dụng ống thông siêu nhỏ được hướng dẫn bằng tia X.
Soulez cho biết: “Phương pháp điều hướng cộng hưởng từ của chúng tôi có thể được thực hiện bằng cách sử dụng ống thông cấy ghép giống như ống thông được sử dụng trong hóa trị”.
“Ưu điểm khác là các khối u được hiển thị rõ hơn trên MRI so với trên X-quang.”
Trong nghiên cứu này, Soulez và nhóm nghiên cứu của ông đã hợp tác với Sylvain Martel (Polytechnique Montreal) và Urs O. Häfeli's (Đại học British Columbia). Tác giả đầu tiên của nghiên cứu, Ning Li, là một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Soulez.
Nhờ sự phát triển của bộ phun microrobot tương thích với MRI, các nhà khoa học đã có thể lắp ráp các "đoạn hạt", tập hợp các microrobot có từ tính.
Vì chúng có lực từ lớn hơn nên chúng dễ điều khiển và phát hiện hơn trên hình ảnh do thiết bị MRI cung cấp.
Bằng cách này, các nhà khoa học không chỉ có thể đảm bảo rằng đoàn tàu đang đi đúng hướng mà còn có thể đảm bảo đủ liều lượng điều trị.
Theo thời gian, mỗi microrobot sẽ thực hiện một phần phương pháp điều trị, vì vậy điều quan trọng là các bác sĩ X quang phải biết có bao nhiêu robot.
Ý thức định hướng tốt
Soulez cho biết: “Chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm trên 12 con lợn để mô phỏng càng gần càng tốt các tình trạng giải phẫu của bệnh nhân”.
"Điều này đã được chứng minh là có tính thuyết phục: các microrobot ưu tiên điều hướng các nhánh của động mạch gan được thuật toán nhắm đến và đến đích."
Nhóm của ông đã đảm bảo rằng vị trí của khối u ở các phần khác nhau của gan không ảnh hưởng đến hiệu quả của phương pháp này.
Ông nói: “Sử dụng tập bản đồ giải phẫu của gan người, chúng tôi có thể mô phỏng việc thí điểm các robot siêu nhỏ trên 19 bệnh nhân được điều trị bằng phương pháp hóa trị liệu qua đường động mạch”.
"Họ có tổng cộng 30 khối u ở các vị trí khác nhau trong gan. Trong hơn 95% trường hợp, vị trí của khối u tương thích với thuật toán điều hướng để tiếp cận khối u mục tiêu."
Bất chấp tiến bộ khoa học này, việc ứng dụng lâm sàng công nghệ này vẫn còn một chặng đường dài.
Soulez cho biết: “Trước hết, bằng cách sử dụng trí tuệ nhân tạo, chúng tôi cần tối ưu hóa việc điều hướng theo thời gian thực của các microrobot bằng cách phát hiện vị trí của chúng trong gan cũng như sự xuất hiện tắc nghẽn trong các nhánh động mạch gan nuôi dưỡng khối u”.
Các nhà khoa học cũng sẽ cần mô hình hóa lưu lượng máu, định vị bệnh nhân và hướng từ trường bằng phần mềm mô phỏng dòng chất lỏng qua mạch. Điều này sẽ giúp đánh giá tác động của các thông số này đến việc vận chuyển microrobot đến khối u mục tiêu, từ đó cải thiện độ chính xác của phương pháp.
Nguồn Trung tâm Nghiên cứu Bệnh viện Đại học Montreal (CRCHUM)
