Kiedy w 1997 r. przeprowadzono pierwszą operację z użyciem robota da Vinci, uznano to wydarzenie za przełom w chirurgii na miarę nowego tysiąclecia. Pacjentowi usunięto wówczas pęcherzyk żółciowy. Białe stalowe urządzenie przypominające pająka rozpościerało nad chorym swoje cztery długie ramiona. Dwa z nich, zastępujące prawą i lewą rękę chirurga, wykonały jednocentymetrowe nacięcie. Trzecie ramię przekazywało trójwymiarowy obraz z wnętrza ciała człowieka. Czwarte natomiast umożliwiało operującemu wykorzystywanie dodatkowych narzędzi. Chirurg sterował tym wszystkim, siedząc przed monitorem komputera. Minęło 13 lat i oto mamy do czynienia z nową generacją medycznych robotów – znacznie mniejszych niż da Vinci. Urządzenia te będą korzystać z tzw. małego dostępu (niewielkich, łatwo gojących się nacięć tkanek), by trafić w miejsca, do których dotychczas można dotrzeć jedynie w procesie skomplikowanej, obciążającej pacjenta operacji chirurgicznej. Wyniki badań są obiecujące – z niektórych tego typu rozwiązań można korzystać już dziś, inne znajdą zastosowanie w ciągu najbliższych kilku lat.

Kapsułka cię obejrzy

Prof. Moshe Shoham z Izraelskiego Instytutu Technologicznego Technion opracował pierwsze miniaturowe urządzenie, służące do wykonywania skomplikowanych zabiegów kręgosłupa – SpineAssist. Podczas takiej operacji chirurg nacina jedynie skórę. Resztę wykonuje endoskopowy minirobot, kontrolowany przez lekarza. Urządzenie zostało już skomercjalizowane i dopuszczone do użytku. Ale prof. Shoham nie poprzestaje na tym – w planach ma kolejne roboty, tym razem już samodzielne. Jeden z wyglądu przypomina chrząszcza wodnego. Odpowiednio zaprogramowany przed zabiegiem, będzie mógł dotrzeć najkrótszą drogą w chore miejsce dzięki własnemu napędowi. Za pomocą fal radiowych przekaże trójwymiarowy obraz pola operacji na monitor komputera. Wiele elementów takiego robota zostało już opracowanych. W diagnostyce medycznej od siedmiu lat są wykorzystywane urządzenia wielkości pigułki, wyposażone w miniaturową kamerę, np. PillCam firmy Given Imaging. Połknięte przez pacjenta przechodzą przez jego przewód pokarmowy jak kęs pożywienia,wykonując endoskopię. Obraz jest zapisywany w odbiorniku, który pacjent ma np. w kieszeni. Dane są przenoszone do komputera, a kapsułka po wydaleniu i dezynfekcji może być ponownie wykorzystana. Jakość takiego badania nie zawsze dorównuje tradycyjnej endoskopii, ale liczy się tu przede wszystkim zasięg. Kapsułka może dotrzeć do takich zakamarków układu pokarmowego, gdzie zwykłe endoskopy nie sięgają. Przykładem jest chociażby jelito cienkie – długie, poskręcane i bardzo delikatne. Uczeni pracują obecnie nad stworzeniem podobnego mikrourządzenia, które mogłoby dotrzeć i pobrać próbkę tkanki z interesującego lekarzy miejsca – a więc dokonać zdalnej biopsji.

Ściągnięte z przyrody

Mikroroboty są kluczem do chirurgii, która będzie wreszcie zasługiwała w pełni na miano nieinwazyjnej. Prof. James Friend z australijskiego Monash University zbudował maszynę wielkości zaledwie jednej czwartej milimetra nazwaną Proteus. Jak przyznaje konstruktor, największym problemem jest miniaturyzacja układów zasilających. Objętość części elektronicznej nie może przekraczać kilku milimetrów sześciennych, a bateria do kamery wciąż zajmuje aż 60 proc. tego miejsca. Prof. Friend wykorzystał zjawisko piezoelektryczności, czyli zmian kształtu niektórych materiałów pod wpływem prądu elektrycznego (stosuje się je m.in. w zegarkach kwarcowych). Inspirację zaczerpnął z książki Isaaca Asimova „Fantastyczna podróż”. Prąd z baterii wywołuje drgania elementu piezoelektrycznego, które napędzają silnik poruszający znajdującą się na końcu mikrorobota witką (podobną do tych, za których pomocą przemieszczają się bakterie).

W konstruowaniu mikrorobotów uczeni wzorują się na przyrodzie, bo podglądanie rozwiązań wypracowanych przez miliony lat ewolucji jest znacznie prostsze niż wymyślanie czegoś od podstaw. Dr Metin Sitti z Carnegie Mellon University też konstruuje mikrorobota zabiegowego podobnego do bakterii, mierzącego zaledwie 0,1 mm. Tak mała maszyna może być stosowana do diagnozowania trudno dostępnych miejsc w organizmie lub do precyzyjnego aplikowania leków.

Maszyna od serca

 

Wkrótce pierwsze mikrourządzenia będą stosowane w kardiochirurgii. Już dziś lekarze mają do dyspozycji mikrostenty rozszerzające tętnice, cewnikowe „skrawarki” z wirującymi turbinami, które usuwają zatory z naczyń krwionośnych, czy niewiarygodną wprost mikrołódź podwodną, która pływa wewnątrz naczyń krwionośnych, rejestruje ich obraz i przekazuje go na ekran komputera. Dr Marco Zenami z University of Pittsburgh skonstruował robota o nazwie HeartLander. Urządzenie przypomina gąsienicę – jest wyposażone w „odnóża” z przyssawkami. „Zazwyczaj w czasie operacji serce pacjenta trzeba zatrzymać i zastosować tzw. krążenie pozaustrojowe. Heart- Lander dostaje się do serca przez małe nacięcie i wędruje do właściwego miejsca. Nie potrzeba krążenia pozaustrojowego, pacjent może normalnie oddychać. Wymagane jest jedynie znieczulenie miejscowe” – wyjaśnia dr Zenami. Obecnie dwucentymetrowy HeartLander jest testowany na świniach. W przyszłości zostanie wyposażony w igłę, pozwalającą robić biopsję albo dostarczać komórki macierzyste lub lecznicze geny, które pomogą zwiększyć ukrwienie mięśnia sercowego u osób cierpiących na chorobę wieńcową.

W mało inwazyjny sposób będzie można także usuwać płytkę miażdżycową. Holenderscy naukowcy z Universiteit Twente skonstruowali zdalnie sterowanego mikrorobota, który może wędrować w żyłach i tętnicach, uwalniając lek odblokowujący zwężone przez miażdżycę naczynie krwionośne. Urządzenie ma kształt tulejki średnicy 0,75 mm. Przemieszcza się podobnie jak morski małż przegrzebek. Mięczak ten pływa, na przemian zamykając i otwierając muszlę, co daje mu podwodny napęd „odrzutowy”. Robot działa podobnie, tyle że jest napędzany falami dźwiękowymi aplikowanymi przez skórę i tkanki pacjenta. Im głośniejszy dźwięk, tym szybciej porusza się maszyna (prototyp pokonywał w wodzie trzy milimetry w ciągu sekundy). Uczeni są zdania, że jeśli uda się go czterokrotnie przyspieszyć, będzie mógł poruszać się w naczyniach krwionośnych nawet pod prąd.

Serwisant w mózgu

Cudem techniki okrzyknięto niedawno zaledwie pięciomilimetrowego minirobota o nazwie ViRob, skonstruowanego w Izraelu. Posiada on 16 ruchomych odnóży, a w ruch jest wprawiany za pomocą pola elektromagnetycznego. Może wykonywać biopsje, dostarczać leki w miejsca, w których powstały komórki nowotworowe, dociera także w trudno dostępne okolice, nawet najgłębsze zakamarki płuc. Najszybciej ViRob zostanie wykorzystany w leczeniu pacjentów z wodogłowiem – do udrożniania drenów służących do odprowadzania płynu mózgowo- -rdzeniowego. Przewody te z czasem blokują się i co 5–10 lat muszą być wymieniane, co wymaga skomplikowanej operacji neurochirurgicznej. ViRob umieszczony na stałe w mózgu pacjenta mógłby być uruchamiany co miesiąc i samodzielnie udrożniać dreny. Pacjent nie musiałby nawet wychodzić z domu, aby przejść taki zabieg.

Zdalnie sterowane mikroroboty będą przystosowane nawet do wykonywania operacji wewnątrz gałki ocznej. Dr Bradley Nelson z Institute of Robotics and Intelligent Systems w Zurychu opracował urządzenie, którym można wykonywać operacje odwarstwionej siatkówki, usuwania guzów nowotworowych i przerośniętych naczyń krwionośnych. Mikrorobot przypomina miniaturowy statek kosmiczny. Jest wyposażony w igły, mikropompy i czujniki chemiczne. Jego ruch jest monitorowany z zewnątrz przez mikroskop.

Żołądkowy wąż

Zdaniem szwajcarskich specjalistów pacjent szpitala przyszłości będzie łykał nie jedną „cyberpastylkę”, ale kilka naraz. Każda z mikromaszyn będzie wyspecjalizowana w wykonywaniu konkretnej czynności diagnostycznej lub terapeutycznej. Roboty będą mogły także łączyć się ze sobą magnetycznymi zaczepami i tworzyć bardziej wyrafinowane konstrukcje. Naukowcom już udało się wymyślić, jak maszyny złożą się w większą całość np. wewnątrz żołądka. Ta całość do złudzenia będzie przypominać mechanicznego węża ze sklepu z zabawkami. Brzmi jak fantastyka naukowa? Jeszcze kilkadziesiąt lat temu tak samo potraktowano by opowieści o wykonywaniu skomplikowanych zabiegów chirurgicznych przez nacięcie wielkości przysłowiowej dziurki od klucza. Dziś chirurgia endoskopowa jest czymś zupełnie oczywistym. „Opór przed większym zmechanizowaniem medycyny będzie trwał. Częściowo wynika on z krótkowzroczności: lekarze mogą być niechętni zmianie swoich nawyków i przyzwyczajeń” – stwierdza dr Atul Gawande w książce „Komplikacje”. Miejmy nadzieję, że szybko wyleczą się z tej dolegliwości – z korzyścią dla pacjentów.