Nueva herramienta quirúrgica mueve pequeñas biopartículas con robótica y energía acústica

Someterse a una cirugía rara vez es una experiencia placentera y, en ocasiones, puede resultar muy invasiva. Procedimientos quirúrgicos han evolucionado de manera constante a lo largo de los siglos, creciendo con el conocimiento de la anatomía y la biología.

También se han reforzado los métodos innovadores con nuevas herramientasy un crecimiento en El uso de la robótica desde los años 1980. ha hecho avanzar significativamente la atención sanitaria. El profesor asistente Zhenhua Tian ha dado un paso más en el progreso utilizando la robótica y la acústica no invasiva, y su trabajo del equipo ha sido publicado en Avances científicos.

Cirugía asistida por robot

La cirugía que utiliza robots ha sido invasiva desde su invención porque implica cortar y, a menudo, se insertan otros instrumentos en la incisión. Sin embargo, debido a que las herramientas asistidas por robots pueden ser más pequeñas, los cortes también tienden a ser más pequeños que los de las cirugías tradicionales, lo que hace que la robótica sea la opción preferida. Esta forma de cirugía ha demostrado sus beneficios y su uso ha aumentado con el tiempo, con ventajas para los pacientes que incluyen

• Menos molestias y sangrado.
• Menos tiempo en el hospital
• Períodos de recuperación más rápidos

De hecho, según el Colegio Estadounidense de Cirujanos, el 1,8 % de las cirugías incluyeron un robot en 2012. Para 2018, ese porcentaje había aumentado al 15,1 % y continúa aumentando gracias a los avances en la robótica. Algunos de los procedimientos más comunes que involucran robótica incluyen apendicectomías, histerectomías y bypass gástrico.

Tratamiento sonoro no invasivo

Si bien la cirugía asistida por robot tiene sus ventajas, el equipo de Tian ha llevado esa idea un paso más allá de su estado actual: los miembros del equipo están desarrollando un método para mover objetivos pequeños, como células y medicamentos, dentro de un cuerpo que no es invasivo. Eso significa que el método no requiere cortes.

El secreto se encuentra en los emisores de energía acústica que el equipo de Tian utiliza para rodear y capturar partículas, funcionando como pinzas invisibles. Los emisores crean campos de vórtices acústicos en 3D que pueden atravesar barreras como huesos y tejidos, cruzándose entre sí para formar pequeñas trampas acústicas en forma de anillo. Los objetos de tamaño micro a milimétrico atrapados en el centro de una trampa acústica se pueden mover y rotar.

«La capacidad de mover células y medicamentos dentro de las venas sin romper la piel crea nuevas oportunidades en la medicina», dijo Tian. «A medida que continuamos trabajando en esta investigación, anticipo que encontraremos una gran cantidad de nuevas aplicaciones».

Al montar un emisor de vórtice acústico en una plataforma robótica, el haz de vórtice acústico se puede mover a escala micrométrica. En consecuencia, el área de captura de partículas se puede establecer con precisión en un espacio 3D y se puede diseñar el movimiento de una partícula después de su captura. Cuando se mueve un objeto pequeño a lo largo del recorrido sinuoso de un vaso sanguíneo, esta puede ser una característica crítica.

Más que medicina

Si bien el equipo de Tian puede mover un objeto pequeño detrás de una estructura sólida, los haces de vórtice acústico también pueden mover partículas dentro de gases y líquidos. Aunque el enfoque actual se dirige a partículas pequeñas dentro de esas sustancias, la integración de los emisores de energía acústica con la robótica tiene aplicaciones más allá de la cirugía y las partículas muy pequeñas. La manipulación robótica sin contacto tiene potencial en muchas otras aplicaciones en la investigación de ingeniería, biología y química. Algunos de ellos incluyen

• Controlando microrobots
• Manipulación de biopartículas delicadas, como exosomas y células.
• Transporte de gotas de reactivos peligrosos
• Control del autoensamblaje de materiales coloidales.
• Disposición de nanomateriales para la fabricación de compuestos.

«Cuando recientemente participamos en una exposición STEM, los niños que nos visitaron disfrutaron poniendo pequeñas cuentas en los campos acústicos invisibles generados por nuestros dispositivos, pero nos gustaría ofrecerles la oportunidad de mover objetos más grandes», dijo Tian. «El año que viene, esperamos tener un emisor más grande que pueda contener una pelota de ping pong. Será interesante ver cómo incorporamos ese enfoque a nuestras otras investigaciones».