Målrettet lægemiddellevering kommer tættere på realisering med de nyeste boble‑robotter

Robotteknologi anvendes i stadig flere sammenhænge, blandt andet for at automatisere opgaver og forbedre effektiviteten. 

Fremskridt inden for sensorer, styring og maskinlæring giver nye muligheder. En markedsprognose citeret i 2024 anslog, at det globale robotmarked kunne overstige 200 milliarder dollar inden 2030. 

Et andet bevis på robotteknologiens stigende anvendelse er den globale installation af industrielle robotter, som nåede 541.302 i 2023, den næsthøjeste årlige installation i historien. Rekorden blev sat året før, da 552.946 enheder blev installeret.

Ved udgangen af 2023 var omkring 4,3 millioner industrirobotter i drift globalt. Asien stod for 70% af årets nye installationer, Europa for 17% og Amerika for 10%. Tallene angiver regionale andele af installationerne, ikke vækstrater. Japan var samtidig en vigtig leverandør af industrirobotter.

IFR forventede i sin prognose fra 2024, at installationerne igen ville stige i 2025. Prognoser er ikke realiserede resultater.

Når det kommer til de industrier, der driver robotteknologiens massive ekspansion, er bilindustrien i førersædet, mens elektronik, metal og maskineri, affaldshåndtering, landbrug, detailhandel, byggeri og fødevareservice er andre sektorer, der anvender robotter.

Robotter i sundhedssektoren

Sundhedssektoren er et af de områder, hvor robotter anvendes og undersøges. En markedsprognose anslog, at markedet for medicinske robotsystemer kunne vokse fra $16 milliarder i 2024 til $33,8 milliarder i 2029.

Anvendelserne omfatter transport af forsyninger, rehabilitering, kirurgisk assistance og strålebehandling. Mikrorobotter til målrettet lægemiddellevering befinder sig hovedsageligt på forskningsstadiet.

For eksempel bruges robotarme til blanding, dosering, optælling og inspektion, mens programmerede forsyningsrobotter bruges til at levere varer til specifikke steder.

Mobile robotter kan mindske noget af den fysiske belastning ved intern transport. Andre systemer understøtter lagerstyring eller desinfektion. Det er forskellige funktioner, som ikke nødvendigvis findes i samme robot.

Aethons TUG er et eksempel på en mobil transportrobot til hospitaler. Sådanne systemer kan frigøre tid til andre opgaver, men kræver integration i hospitalets arbejdsgange.

Disse robotter hjælper også med at skabe et sikkert arbejdsmiljø ved at håndtere opgaver som rengøring, desinfektion og transport af forsyninger til hospitaler og områder, hvor der er risiko for patogen eksponering.

CDC har anslået, at omkring én ud af 31 hospitalspatienter har mindst én sundhedssektorerhvervet infektion på en given dag. Årsagerne er mange. Xenex’ LightStrike+ fik i 2023 en FDA De Novo-markedsføringstilladelse til at reducere mikroorganismer på bestemte overflader efter manuel rengøring og desinfektion. Den anvendes som supplement i tomme rum, ikke som garanti for fuldstændig sterilisation.

Kirurgiske robotsystemer giver kirurgen instrumentstyring og visualisering under bestemte indgreb. Resultaterne afhænger af indgrebet, patienten og erfaringen med systemet.

Da Vinci er et kirurgstyret system, der kan bruges til minimalt invasive operationer. CyberKnife er derimod et system til præcis strålebehandling og foretager ikke kirurgi med instrumenter.

Der findes også farmaceutiske robotter, som får stor opmærksomhed på grund af den aldrende befolkning og personer med kroniske sygdomme, der kræver løbende medicinering og præcis behandling. Ved at automatisere kritiske processer, som normalt udføres manuelt og er tidskrævende, hjælper farmaceutiske robotter yderligere med at forbedre kvalitet og præcision.

Robotter til lægemiddellevering 

Forskere undersøger også robotteknologi til målrettet lægemiddellevering. Potentialet er at styre, hvor og hvordan et stof afleveres, men hver metode kræver særskilt dokumentation.

Mikro- og nanostrukturer kan drives af kemiske reaktioner eller eksterne påvirkninger som lys, elektriske felter, magnetfelter og ultralyd. Mulig forbedret effekt og færre bivirkninger skal dokumenteres i relevante forsøg.

For et par år siden udviklede et forskerteam MANiACs, små tumlende strukturer med magnetiske nanostave i en blød skal. I 2022 beskrev et Stanford-hold multifunktionelle trådløse robotter til forskning i målrettet levering. 

I 2024 præsenterede forskere fra NTU Singapore bløde robotter på størrelse med et riskorn til forsøg med lægemiddellevering. De magnetisk styrede strukturer kunne bære op til fire stoffer og frigive dem i programmerbare doser og rækkefølger.

Denne forskning blev bygget på teamets tidligere arbejde, der involverede magnetisk styrede miniaturerobotter, som kan gribe små objekter og svømme gennem trange rum, blandt andre komplekse bevægelser.

Konceptet minder om science fiction-filmen Fantastic Voyage fra 1966, hvor en besætning gøres mikroskopisk. Forskningsrobotterne er dog materialestrukturer, ikke formindskede mennesker.

I laboratorieforsøg bevægede NTU-robotterne sig med hastigheder fra 0,30 til 16,5 mm/s. De leverede stoffer i de undersøgte miljøer og viste begrænset lækage efter otte timers bevægelse.

Holdet ønskede at udvikle mindre versioner og undersøge mulige kræftanvendelser. Dette var ikke en behandling, der allerede var valideret til patienter.

Mikrorobotter til forskning i præcisionsmedicin

Mikrorobotter er små strukturer, der kan udføre bestemte bevægelser eller opgaver. Ikke alle indeholder egne sensorer, strømforsyning eller programmerbar elektronik. De undersøges blandt andet til målrettet levering og målinger.

Dog er de ikke uden udfordringer med hensyn til deres effektivitet og lokalisering gennem dybt væv.

Anvendelser i levende organismer er fortsat begrænsede. Præcis bevægelse i komplekse væsker som blod, urin og spyt er en væsentlig udfordring.

Andre udfordringer for nanorobotter er at registrere dem i kroppen i realtid og opnå præcis fjernstyring til målrettet behandling.

Frit bevægelige mikrorobotter skal blandt andet kunne drives og lokaliseres, bære en nyttig last og have acceptable biologiske egenskaber. Biokompatibilitet og nedbrydelighed er forskellige forhold, som begge skal vurderes.

Akustisk aktivering er en mulighed, fordi ultralyd kan nå ind i væv og bruges til både fremdrift og billeddannelse. Sikkerheden afhænger af eksponering og anvendelse.

Et Caltech-ledet hold udviklede bioresorberbare akustiske mikrorobotter (BAM): små, bobleholdige hydrogelstrukturer, der kan styres og følges med billeddannelse. I 2024 blev de afprøvet i mus, ikke som etableret behandling i mennesker.

Wei Gao, professor i medicinsk ingeniørvidenskab ved Caltech og forsker ved Heritage Medical Research Institute, var medkorresponderende forfatter. Han beskrev platformens formål således:

“Vi har designet en enkelt platform, der kan løse alle disse problemer.”

I deres forskning bemærkede forskerne, at da de blev testet, hjalp robotterne teamet med succes med at levere terapeutika, som reducerede størrelsen af blære‑tumorer hos mus. 

“I stedet for at sætte et lægemiddel i kroppen og lade det sprede sig overalt, kan vi nu lede vores mikro‑robotter direkte til et tumorsted og frigive lægemidlet på en kontrolleret og effektiv måde.”

– Gao

Resultaterne gav grundlag for yderligere undersøgelser af BAM som lægemiddelleveringsplatform. Klinisk nytte og sikkerhed hos mennesker var endnu ikke dokumenteret.

Design og udvikling af BAM

De kugleformede mikrostrukturer fremstilles af polyethylenglykoldiacrylat (PEGDA). Tværbinding af polymernetværket omdanner den flydende formulering til en hydrogel.

Hydrogelen kan holde på væske og indgå i en struktur, der bærer lægemidlet. Materialets biologiske egenskaber og nedbrydning skal stadig undersøges for den konkrete formulering.

Julia R. Greer var medkorresponderende forfatter og bidrog til mikrostrukturernes fremstilling. Hun er indehaver af Ruben F. og Donna Mettler-professoratet i materialevidenskab, mekanik og medicinsk ingeniørvidenskab; navnene betegner professoratet og er ikke yderligere forskere i projektet.

Til dette benyttede hendes gruppe to‑fotons polymerisation (TPP) litografi. I denne 3D‑printteknik anvendes en laser til at skabe komplekse strukturer. Her bruges ultrahurtige pulser af infrarødt laserlys til selektivt at krydsbinde fotosensitive polymerer efter et specifikt design.

Med to-foton-polymerisation kunne holdet fremstille strukturer med en diameter på omkring 30 mikrometer. Hårstrås tykkelse varierer betydeligt, så dette er ikke en fast ækvivalens med et menneskehår.

Når man taler om kugleformen af strukturen, bemærkede Greer, at den er “meget kompliceret at skrive” og kræver kendskab til “visse tricks i faget for at forhindre kuglerne i at kollapsere på sig selv”, så det er en stor præstation, at teamet formåede at skabe dem.

“Vi var i stand til ikke kun at syntetisere harpiks, der indeholder al biofunktionalisering og alle medicinsk nødvendige elementer, men også at forme dem i en præcis sfærisk form med det nødvendige hulrum.”

– Greer

Strukturerne blev desuden forsynet med magnetiske nanopartikler til styring og med lægemidlet som last.

Magnetfeltet bruges til retningsstyring, mens ultralyd bidrager til fremdriften. Efter kontakt med tumorvævet kan strukturerne fastholdes lokalt og frigive lægemidlet.

Ydersiden blev gjort hydrofil, altså vandtiltrækkende, for at begrænse sammenklumpning i væske.

Indersiden blev gjort hydrofob, altså vandafvisende, så en gasboble kunne fastholdes længere i hulrummet.

For at bygge en hybrid‑mikro‑robot, hvis ydre tiltrækker vand, mens indersiden frastøder vand, designede teamet en kemisk modifikation.

Først blev hydrogelens overflade modificeret med langkædede kulstofholdige grupper. Derefter fjernede en oxygenplasmabehandling grupperne fra ydersiden, mens hulrummets hydrofobe egenskaber blev bevaret.

Da de kalder deres kemiske modifikation “en af de vigtigste innovationer i dette projekt”, udtalte Gao, at den asymmetriske overflademodifikation virkelig gjorde det muligt for dem “at bruge mange robotter og stadig fange bobler i en forlænget periode i bio‑væsker, såsom urin eller serum”.

Holdet rapporterede, at overfladebehandlingen kunne forlænge boblernes levetid fra minutter til flere dage under de undersøgte forhold.

Boblen har to funktioner: Den muliggør akustisk fremdrift og giver kontrast ved ultralydsbilleddannelse.

Kuglen blev udformet med to åbninger. I forsøgene gav dette højere bevægelseshastighed i de undersøgte biologiske væsker end en enkelt åbning.

Når de udsættes for et ultralydsfelt, vibrerer boblerne inden i robotten, hvilket får den omgivende væske til at strømme væk, og driver robotten gennem væsken.

Den indfangede boble fungerer som et ultralydskontrastmiddel, så robotterne kan følges under forsøg i levende organismer.

I musemodellen med blæretumorer gav holdet fire behandlinger over cirka tre uger. Tumorerne blev reduceret mere end i sammenligningsgruppen, som fik lægemidlet uden robotlevering. Gao understregede, at afprøvning i mennesker var et langsigtet mål:

“Vi mener, at dette er en meget lovende platform for lægemiddellevering og præcisionskirurgi. Når vi ser fremad, kunne vi overveje at bruge denne robot som en platform til at levere forskellige typer af terapeutiske stoffer til forskellige tilstande. På lang sigt håber vi at teste dette på mennesker.”

Klik her for at lære om klæbrigt metal, der kan have bred anvendelse i robotteknologi.

En virksomhed inden for medicinsk robotteknologi 

Lad os nu se på en fremtrædende virksomhed inden for dette område:

Intuitive Surgical

Intuitive Surgical udvikler og sælger da Vinci-systemerne og Ion-systemet til endoluminale procedurer. I artiklens markedsbillede fra 2024 var virksomhedens markedsværdi omkring 186,6 milliarder dollar.

I samme historiske markedsbillede var aktiekursen omkring 517 dollar, en stigning på 55,3% siden årets begyndelse. EPS for de seneste 12 måneder var 6,2 og P/E 84,22. For tredje kvartal 2024 rapporterede selskabet $2,04 milliarder i omsætning, en stigning på 17 % i forhold til samme kvartal sidste år.

Antallet af da Vinci-procedurer steg omkring 18% i forhold til tredje kvartal 2023. Selskabet placerede 379 systemer, og den installerede base nåede 9.539. Intuitive Surgical (ISRG ) oplyste også, at da Vinci 5 fik godkendelse i Sydkorea i oktober 2024, altså efter kvartalets afslutning.

Konklusion

Robotter kan understøtte transport, kirurgi, rehabilitering og andre opgaver i sundhedssektoren. Deres effekt skal vurderes for det konkrete system og den konkrete arbejdsgang.

BAM-studiet viser et præklinisk eksempel på målrettet lægemiddellevering med mikrorobotter. Resultater i mus er et skridt i forskningen og kræver yderligere undersøgelser, før teknologien kan bruges til patienter.

Klik her for en liste over de bedste robotkirurgi‑aktier.