M3bot è un microrobot autonomo basato sull’intelligenza artificiale che i chirurghi possano posizionare e guidare affinché si muova nel flusso sanguigno, trattando così coaguli e aneurismi.
Noto ufficialmente come “magnetic milli-spinner microbot” – o, più brevemente, – il dispositivo nasce nel laboratorio di Renee Zhao, professoressa associata di ingegneria meccanica presso la School of Engineering di Stanford, che da anni lavora allo sviluppo del prototipo M3bot e di tecnologie minimamente invasive analoghe.
“Riteniamo che l’M3bot possa ridefinire il futuro della chirurgia endovascolare: si tratta infatti di un robot privo di collegamenti fisici (untethered) capace di autopropellersi attraverso complessi sistemi vascolari e di raggiungere aree patologiche difficili – o talvolta impossibili – da trattare con le attuali tecnologie d’avanguardia”, ha affermato Zhao. “Consentendo ai robot di raggiungere zone della malattia precluse alle odierne tecnologie basate sui cateteri, immaginiamo un futuro in cui trattamenti endovascolari salvavita saranno accessibili a un numero molto più elevato di pazienti”.
Due funzioni in una
L’M3bot, dalle dimensioni millimetriche, viene iniettato nel flusso sanguigno e guidato a distanza tramite campi magnetici esterni. Nel frattempo, i medici ne monitorano l’avanzamento utilizzando la fluoroscopia in tempo reale. Una volta all’interno del vaso sanguigno, il robot inizia a ruotare: la sua forma elicoidale trasforma tale rotazione in propulsione, permettendogli di muoversi nel sangue proprio come l’elica di una barca nell’acqua.
L’M3bot è straordinariamente veloce. L’attuale versione del robot è in grado di spostarsi a una velocità superiore ai 55 centimetri al secondo: abbastanza rapidamente da nuotare controcorrente rispetto al flusso sanguigno. Cosa ancora più importante, il nucleo cavo del robot e le fessure laterali strategicamente posizionate sfruttano lo stesso movimento rotatorio per generare un’aspirazione localizzata e un flusso controllato.
“A volte le tecnologie più rivoluzionarie nascono da un semplice principio fisico”, ha affermato Zhao. “L’idea innovativa alla base dell’M3bot è che un unico movimento rotatorio assolve a due funzioni: spinge il robot attraverso i vasi sanguigni e, al contempo, trasforma meccanicamente il coagulo, riducendone il volume di oltre il 95% direttamente in loco e rendendone possibile la rimozione. Integrando locomozione e azione terapeutica, l’M3bot potrebbe trasformare quella che attualmente è una procedura complessa, che richiede molteplici dispositivi e passaggi, in un singolo intervento robotico autonomo”.
Un approccio innovativo
La vera innovazione risiede nell’effetto che tale movimento rotatorio esercita sul coagulo. Esso consente all’M3bot di generare forze di compressione e di taglio localizzate, capaci di trasformare meccanicamente il coagulo sanguigno: ne modificano la microstruttura interna e ne riducono il volume in modo efficace e sicuro per il paziente.
Riducendo in modo significativo il volume del coagulo prima dell’estrazione, M3bot diminuisce drasticamente la quantità di materiale da rimuovere, consentendo di ripristinare il flusso sanguigno in modo immediato ed efficiente. Il gruppo di Zhao ha inoltre dimostrato un modello di M3bot capace di rilasciare agenti terapeutici direttamente all’interno di aneurismi cerebrali.
Zhao e i suoi colleghi hanno recentemente ottenuto un finanziamento quinquennale fino a 27,2 milioni di dollari nell’ambito del programma AIR (Autonomous Interventions and Robotics) di ARPA-H, guidato dalla Dott.ssa Ileana Hancu. Uno degli obiettivi di ARPA-H AIR è realizzare il primo intervento robotico endovascolare autonomo e senza cavi di collegamento per il trattamento dell’ictus. ARPA-H fa parte del Dipartimento della Salute e dei Servizi Umani degli Stati Uniti.
L’importanza del tempo
«L’elemento chiave qui è il tempo», ha affermato Hancu, responsabile del programma presso ARPA-H. «Metà degli americani vive a più di un’ora di distanza da un ospedale in grado di eseguire la procedura attualmente in uso, ovvero la trombectomia. Più il trattamento viene ritardato, maggiore è il rischio. Un approccio innovativo come M3bot potrebbe consentire ai pazienti colpiti da ictus di ricevere trattamenti curativi presso l’ospedale più vicino, migliorando notevolmente gli esiti clinici e l’aspettativa di vita, oltre a ridurre i costi».
«Questo progetto unisce meccanica, robotica, intelligenza artificiale, diagnostica per immagini e medicina clinica per creare qualcosa che nessuna singola disciplina potrebbe realizzare da sola», ha dichiarato Zhao. Il nostro obiettivo non è semplicemente realizzare un dispositivo medico migliore. Stiamo gettando le basi per interventi robotici autonomi all’interno del sistema vascolare umano, dove microrobot intelligenti possono raggiungere le sedi della patologia, integrare l’imaging in tempo reale con processi decisionali basati sull’intelligenza artificiale ed eseguire procedure salvavita oggi impossibili.
(© AAC Srl) autore R.G.
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