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

Robotteknologi bliver mere og mere populær for hvert år, der går, efterhånden som efterspørgslen efter effektive og omkostningseffektive løsninger stiger. 

Med robotteknologi, der tilbyder bekvemmelighed og forbedret sikkerhed samt integration af kunstig intelligens og maskinlæring, som muliggør mere avancerede robotfunktioner, er det ikke overraskende, at det globale robotmarked forventes at overstige $200 milliarder inden udgangen af dette årti. 

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.

Dermed har det samlede antal operative robotter nu nået et nyt højdepunkt på omkring 4,3 millioner enheder på verdensplan, hvor Asien fører væksten med 70 %, efterfulgt af Europa med 17 % og derefter Amerika med 10 %. Når det gælder robotproduktion, er Japan i førersædet med en markedsandel på 46 %.

Ifølge International Federation of Robotics (IFR) vil væksten i robotteknologi accelerere i 2025 og fortsætte med denne hastighed i de kommende år.

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

Selvom robotter anvendes på tværs af industrier, er der én sektor, hvor de har en langt større og mere positiv indvirkning, og det er medicin. Det globale marked for medicinske robotsystemer vokser hurtigt, og det anslås, at dets størrelse vil stige fra $16 milliarder i 2024 til $33,8 milliarder i 2029.

Robotter anvendes i alle områder af sundhedssektoren, fra at levere medicin og assistere i rehabilitering til at hjælpe med diagnostik, kirurgi og lægemiddellevering.

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

Disse autonome mobile robotter forenkler rutineopgaver for sundhedspersonale ved at reducere de fysiske krav til menneskelige arbejdere og imødekomme personalemangel. De holder også styr på lagerbeholdningen og sikrer, at alle forsyninger altid er på lager, når de er nødvendige, ud over at desinficere rum og gøre dem klar til patienterne.

Ved at overtage alle disse rutineopgaver giver autonome mobile robotter medicinsk personale mulighed for at fokusere på patienterne og deres specifikke behov, som teknologien ikke kan opfylde. Robotten kaldet Tug fra Aethon er et sådant eksempel, som har evnen til at bevæge sig gennem udfordrende forhold for at foretage sikre leveringer, hvor og når de er nødvendige.

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.

Ifølge CDC har omkring én ud af 31 hospitalspatienter mindst én sygehusrelateret infektion på en given dag. Dette skyldes hospitalernes manglende evne til at desinficere rum fuldstændigt. For at hjælpe med at løse sådanne problemer bygges automatiserede robotter som den FDA‑godkendte Xenex, der bruger pulserende UV‑stråler til at sterilisere hospitalsrum på blot få minutter.

Teknologisk innovation har også ført til avancerede kirurgi‑assisterende robotter, som hjælper kirurger med at opnå større hastighed og mere præcision ved udførelse af komplekse operationer.

En flerarmet wonderbot kaldet da Vinci Surgical System er en sådan robot, der bruges til at gøre kirurgi mindre invasiv, reducere kirurgiske fejl og give forbedret kontrol. Cyberknife er en anden, som behandler kræft ved at levere strålebehandling til tumorer med ekstrem præcision.

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 

Drevet af teknologiske fremskridt og det stigende behov for automatisering i lægemiddeludvikling og patientpleje gør robotter lægemiddelleveringen mere effektiv og præcis, hvilket forbedrer patientplejen.

Virksomheder udvikler mikro- og nanorobotter, der bevæger sig selvstændigt for at levere lægemidler til svært tilgængelige områder, drevet af kemiske reaktioner eller eksterne kilder som lys, elektriske felter eller magnetfelter. Ved at målrette sygdomssteder forbedrer disse robotter den terapeutiske effektivitet og reducerer bivirkninger.

For et par år siden udviklede et forskerteam MANiACs, som er små tumlende robotter med magnetiske nanorodder indkapslet i en blød sfærisk skal. I 2022 byggede en Stanford‑mekanisk ingeniør multifunktionelle trådløse robotter til det samme. 

For blot et par måneder siden udviklede forskere fra NTU Singapore blødrobotter på kornstørrelse til målrettet lægemiddellevering. Robotten, som er lavet med magnetiske mikropartikler og styres ved hjælp af magnetfelter, kan transportere op til fire forskellige lægemidler og frigive dem i omprogrammerbare 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.

Inspirationen tages fra en sci‑fi‑film fra 1960’erne, ‘Fantastic Voyage’, hvor et besætning blev formindsket til celle‑størrelse for at reparere skader i en forskers hjerne; forskningen bringer fantasien til virkelighed.

Den yderst smidige robot, da den blev testet i laboratorieeksperimenter, bevægede sig med hastigheder mellem 0,30 mm og 16,5 mm per sekund, leverede lægemidler med succes i mere udfordrende miljøer, og selv efter otte timers konstant bevægelse viste den minimal lækage af lægemidler.

NTU‑teamet ser nu på at gøre disse robotter endnu mindre, så de i sidste ende kan bruges til at behandle blærekræft, hjernetumorer og kolorektal kræft.

Microbots: Tiny Robots That Revolutionize Precision Medicine

Mikro‑robotter anvender miniaturiserede sensorer og aktuatorer til at udføre handlinger, de er programmeret til. Deres mikron‑størrelse gør dem lette at bruge i miljøer, der traditionelt har været for indviklede og svære at nå. Denne evne gør robotterne uvurderlige til minimalt invasiv kirurgi, sygdomsdiagnostik, afgiftning og præcis lægemiddellevering.

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

Et andet stort problem er, at de har vist sig at være mere show end substans. I løbet af de sidste to årtier er flere versioner af mikro‑ eller nanorobotter blevet udgivet, men indtil videre har deres anvendelse i levende systemer været ret begrænset. Derudover er det også ret komplekst at flytte objekter med høj præcision i komplekse bio‑væsker som spyt, urin og blod.

Other obstacles for nanorobots include real-time detection within the body and achieving precise remote control for targeted therapy.

Desuden opstår spørgsmålet, når man designer disse mikro‑robotter, om de skal være forbundne eller ubundne. For at en ubunden mikro‑robot kan fungere effektivt i den menneskelige krop, skal den have stabil fremdrift gennem bio‑væsker, stor nyttelastkapacitet, høj biokompatibilitet for at undgå kirurgisk fjernelse, forbedret billeddannelse til realtidsvisualisering og præcis målretning.

Her viser akustisk aktiverede robotter betydeligt potentiale på grund af fordelene ved dyb vævspenetration, ikke‑invasiv drift, hurtig respons, robust fremdrift og sikkerhed.

Så introducerede forskere fra Caltech BAM — en hydrogel‑baseret, billedstyret, bioresorberbar akustisk mikro‑robot, der kan navigere i den menneskelige krop med høj stabilitet. BAM er ikke en metal‑humanoid eller bio‑mimetisk robot, den er en lille boblelignende kugle.

Ifølge med‑korrespondentforfatteren af artiklen om robotterne, Wei Gao, som er professor i medicinsk ingeniørvidenskab ved Caltech og forsker ved Heritage Medical Research Institute:

“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

Efterhånden som BAM‑teknologien skrider frem, forventer undersøgelsen, at enheden vil have en betydelig indvirkning på sundhedssektoren og patientplejen.

Designet & udviklingen af BAM

Den nye mikro‑robot, som har sfæriske mikrostrukturer, er lavet af en hydrogel kaldet poly(ethylene glycol) diacrylat. Hydrogel starter i flydende eller harpiksform, men når polymernetværket inden i den bliver krydsbundet, bliver den fast.

En sådan sammensætning og mikrostruktur gør det muligt for hydrogeler at holde store mængder væske, hvilket hjælper teamet med at overvinde problemet med robotternes biokompatibilitet. Samtidig muliggør additiv fremstilling, at den ydre kugle kan transportere den terapeutiske last til et målsted i kroppen.

Mikrostrukturerne og hydrogel‑opskriften blev lavet med hjælp fra Julia R. Greer, den med‑korrespondentforfatter, samt Ruben F. og Donna Mettler, professor i materialvidenskab, mekanik og medicinsk ingeniørvidenskab.

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 infrarød laserlys til selektivt at krydsbinde fotosensitive polymerer efter et specifikt design.

TPP‑litografien bygger grundlæggende en høj‑opløsningsstruktur lag for lag, så teamet kan opnå komplekse former og høj præcision. Gruppen var i stand til at printe (skrive) mikrostrukturer, der er cirka 30 mikron i diameter, hvilket svarer til 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 den nødvendige hulrum.”

– Greer

Dette er den indre struktur af kuglen, og hvad angår den ydre struktur, vil mikro‑robotterne indarbejde magnetiske nanopartikler og det terapeutiske lægemiddel i deres endelige form.

De magnetiske nanopartikler giver forskerne mulighed for at styre robotterne og dirigere dem til en ønsket placering ved hjælp af et eksternt magnetfelt. Når de endelig når målet, forbliver robotterne på den placering, og lægemidlet spredes passivt.

Når det gælder mikrostrukturens ydre, har teamet yderligere designet den til at være hydrofil, hvilket betyder, at den tiltrækkes af vand. Dette sikrer, at de enkelte robotter ikke klæber sammen, mens de bevæger sig gennem kroppen.

I modsætning til mikro‑robotens ydre overflade er den indre overflade ikke hydrofil, men snarere hydrofob, fordi den skal indfange en luftboble, som er let at opløse.

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

Denne modifikation involverede to trin; det første bestod i at fastgøre langkædede carbonmolekyler til hydrogel, hvilket effektivt gjorde den hydrofob. I det andet trin anvender forskerne oxygen‑plasma etsning til at fjerne carbonstrukturerne fra ydersiden, så den bliver hydrofil.

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”.

Ifølge teamets demonstration gjorde denne teknik, at bobler kunne holde i flere dage i stedet for kun få minutter.

Nu, hvorfor har vi overhovedet brug for at fange disse bobler? Jo, fangede bobler er nødvendige for at flytte robotterne og for at holde styr på dem med realtids‑billeddannelse.

For at muliggøre, at mikro‑robotten kan bevæge sig fremad, har forskerne kuglen med to cylinder‑lignende åbninger. Teamet fandt ud af, at to åbninger tillod robotterne at bevæge sig i forskellige bio‑væsker med højere hastighed 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.

Boblen, som er fanget i hver mikrostruktur, fungerer som en fremragende ultralyds‑kontrastmiddel, hvilket muliggør realtids‑overvågning af robotterne in vivo.

Teamet afprøvede derefter mikro‑robotterne som et lægemiddelleveringsværktøj i mus med blære‑tumorer. I løbet af 22 dage blev fire leveringer af terapeutika foretaget med hjælp fra mikro‑robotterne. Disse leveringer viste sig at være mere succesfulde i at reducere tumorstørrelsen end dem, der ikke brugte robotter. Ifølge Gao:

“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 payloads eller agenter til forskellige tilstande. På lang sigt håber vi at teste dette på mennesker.”

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

Investeringsværdigt selskab i den medicinske robotteknologisektor 

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

Intuitive Surgical (ISRG )

Dette selskab med en markedsværdi på $186,6 milliarder er kendt for at udvikle, producere og markedsføre da Vinci‑kirurgisystemet og Ion‑endoluminale systemet. Intuitive Surgicals produkter og tjenester muliggør forbedrede patientresultater.

På tidspunktet for skrivningen handles aktierne til $517, op 55,3 % år‑til‑dato, med en EPS (TTM) på 6,2 og en P/E (TTM) på 84,22. For Q3 2024 rapporterede virksomheden $2,04 milliarder i omsætning, en stigning på 17 % i forhold til samme kvartal sidste år.

I denne periode steg de verdensomspændende da Vinci‑procedurer med omkring 18 % sammenlignet med 3Q23, og den installerede base voksede til 9.539 systemer, hvor Intuitive Surgical placerede 379 sådanne systemer. Virksomheden opnåede også regulatorisk godkendelse af systemet i Sydkorea.

Konklusion

Robotteknologi får stor opmærksomhed over hele verden og på tværs af industrier. Efterspørgslen efter robotter i sundhedssektoren er særligt stærk og voksende takket være deres evne til at strømline kliniske arbejdsgange, assistere i kirurgi, reducere infektionsrisikoen og levere et sikrere miljø samt høj‑kvalitets patientpleje.

Den seneste forskning inden for nanorobotter, som vi i dag har påpeget, demonstrerer et medicinsk gennembrud, der kan ændre sundhedssektoren ved at behandle tilstande, der ikke kun er vanskelige, men måske endda umulige. Dette baner helt sikkert vejen for forbedrede terapier og en sundere fremtid.

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