Robot con tentáculo magnético llega a los bronquios más pequeños de los pulmones para tomar muestras de tejido

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Para llevar a cabo un examen de los pulmones y las vías respiratorias, los médicos utilizan actualmente un instrumento llamado broncoscopio. El procedimiento consiste en pasar un instrumento similar a un tubo flexible, de unos 3,5 a 4 milímetros de diámetro, a través de la nariz o la boca hasta los conductos bronquiales. Debido a su tamaño, el broncoscopio solo puede viajar hasta los niveles superiores del árbol bronquial. Para profundizar en los pulmones, se pasa un catéter o un tubo fino, que mide unos dos milímetros de diámetro, a través del broncoscopio y luego hacia los tubos más pequeños de los pulmones. Pero los médicos están limitados en la forma en que pueden mover un broncoscopio, lo que dificulta la navegación del instrumento y el catéter hasta donde se necesitan. Ahora, ingenieros y científicos han allanado el camino para un robot que puede llegar a algunos de los bronquios más pequeños de los pulmones, para tomar muestras de tejido o administrar terapia contra el cáncer.

El dispositivo ha sido desarrollado por un equipo de ingenieros, científicos y médicos con sede en el laboratorio STORM de la Universidad de Leeds (West Yorkshire, Reino Unido), que es pionero en el uso de sistemas robóticos para ayudar en los procedimientos de endoscopia y catéter, donde un tubo fino es insertado en el cuerpo. Conocido como un robot de tentáculo magnético, el dispositivo mide solo dos milímetros de diámetro, aproximadamente el doble del tamaño de la punta de un bolígrafo. Se utilizarán imanes en el exterior del paciente para guiar el robot de tentáculos magnéticos a su lugar. La prueba de concepto que han desarrollado se basó en pruebas de laboratorio que involucraron una réplica en 3D de un árbol bronquial modelado a partir de datos anatómicos. La próxima fase de la investigación será sobre la efectividad del dispositivo para navegar por los pulmones tomados de un cadáver.

Para desarrollar el sistema robótico, el equipo de investigación tuvo que superar dos grandes desafíos. En primer lugar, tenían que hacer un dispositivo que fuera pequeño, flexible y capaz de navegar por los giros y vueltas de la anatomía del árbol bronquial. En segundo lugar, necesitaban un sistema autónomo para guiar el robot de tentáculos magnéticos a su lugar, eliminando la necesidad de que un médico maniobre manualmente un instrumento para colocarlo en su lugar, lo que a menudo implica que el paciente esté expuesto a rayos X y puede ser técnicamente desafiante de realizar para personal médico.

Para reducir el tamaño del robot manteniendo la capacidad de control del movimiento, los investigadores lo fabricaron a partir de una serie de segmentos cilíndricos interconectados, cada uno de 2 milímetros de diámetro y alrededor de 80 milímetros de longitud. Los segmentos estaban hechos de un material elastomérico suave o similar al caucho que había sido impregnado con pequeñas partículas magnéticas. Debido a la presencia de las partículas magnéticas, los segmentos interconectados pueden moverse de forma algo independiente bajo el efecto de un campo magnético externo. El resultado es un robot de tentáculo magnético que es muy flexible, capaz de cambiar de forma y lo suficientemente pequeño como para evitar engancharse en las estructuras anatómicas de los pulmones.

Se utilizan imanes montados en brazos robóticos en el exterior del paciente para guiar el dispositivo en un proceso que se haría a la medida de cada procedimiento. La ruta a través del árbol bronquial se planificará a partir de exploraciones preoperatorias de los pulmones de un paciente y se programará en el sistema robótico. A medida que los imanes fuera del paciente se mueven, desarrollan fuerzas sobre las partículas magnéticas en los segmentos del catéter, lo que hace que cambien de forma o dirección, lo que permite maniobrar el robot a través de los pulmones y al sitio de una lesión sospechosa. Una vez en la ubicación objetivo, el robot se usa para tomar una muestra de tejido o administrar un tratamiento.

El laboratorio STORM de la Universidad de Leeds está revolucionando la tecnología utilizada en las investigaciones endoscópicas y de catéteres. Ha creado un prototipo de endoscopio de bajo costo, utilizado para investigar el tracto gastrointestinal superior, que podría usarse en países de ingresos bajos a medios donde la falta de acceso a equipos costosos está obstaculizando los programas de detección. La tecnología magnética también está en el corazón de un sistema de colonoscopia robótica que es más fácil de operar para el personal y más amable para los pacientes. Sin embargo, pueden pasar varios años antes de que la tecnología de "tentáculos magnéticos" esté disponible en un entorno hospitalario.

“Un robot o catéter de tentáculo magnético que mida dos milímetros y cuya forma se pueda controlar magnéticamente para adaptarse a la anatomía del árbol bronquial puede llegar a la mayoría de las áreas del pulmón y sería una herramienta clínica importante en la investigación y el tratamiento de posibles cánceres de pulmón y otras enfermedades pulmonares”, dijo el profesor Pietro Valdastri, director del laboratorio STORM, quien supervisó la investigación. “Nuestro sistema utiliza un sistema de guía magnético autónomo que elimina la necesidad de que los pacientes sean radiografiados mientras se realiza el procedimiento”.

"Esta nueva tecnología permitirá diagnosticar y tratar el cáncer de pulmón de manera más confiable y segura, guiando los instrumentos en la periferia de los pulmones sin el uso de rayos X adicionales", agregó la Dra. Cecilia Pompili, investigadora y cirujana torácica en Leeds Teaching Hospitals NHS Trust y miembro del equipo de investigación.

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Universidad de Leeds