Kohdennettu lääkkeen vapautuminen lähestyy toteutumista uusimpien kuplarobottien avulla

Robotiikka on yhä suositumpaa jokaisena vuonna, kun tehokkaiden ja kustannustehokkaiden ratkaisujen kysyntä kasvaa.

Kun robotiikkateknologia tarjoaa mukavuutta ja parempaa turvallisuutta sekä tekoälyn ja koneoppimisen integrointia, mikä mahdollistaa kehittyneemmät robottiominaisuudet, ei ole yllättävää, että globaalia robotiikkamarkkinaa odotetaan ylittävän $200 miljardia loppuun mennessä.

Toinen todiste robotiikan kasvavasta käytöstä on teollisten robottien maailmanlaajuinen asennus, joka saavutti 541,302 vuonna 2023, mikä on historian toiseksi korkein vuotuinen asennus. Ennätys tehtiin edellisenä vuonna, jolloin asennettiin 552 946 yksikköä.

Tämän myötä toiminnassa olevien robottien kokonaismäärä on nyt noussut uuteen huippuun, noin 4,3 miljoonaan yksikköön maailmanlaajuisesti, Aasia johtaa tätä kasvua 70 %:lla, Eurooppa 17 %:lla ja sitten Amerikka 10 %:lla. Robottivalmistuksessa Japani on johtava, vastaten 46 % markkinaosuudesta.

Kansainvälisen robotiikkafederaation (IFR) mukaan robotiikan kasvu kiihtyy vuonna 2025 ja jatkuu tällä nopeudella tulevina vuosina.

Kun tarkastellaan teollisuudenaloja, jotka ajavat robotiikan valtavaa laajentumista, autoteollisuus on kärjessä, ja muita robottien hyödyntäviä sektoreita ovat elektroniikka, metalli- ja konepajateollisuus, jätehuolto, maatalous, vähittäiskauppa, rakennus ja elintarvikepalvelut.

Robotit terveydenhuollossa

Vaikka robotteja käytetään eri toimialoilla, on yksi sektori, jossa niiden vaikutus on paljon suurempi ja positiivisempi, ja se on lääketiede. Maailmanlaajuinen lääketieteellisten robottijärjestelmien markkina kasvaa nopeasti, ja sen koon arvioidaan nousevan koko kasvaa 16 miljardi dollarista vuonna 2024 33,8 miljardiin dollarissa vuoteen 2029 mennessä.

Robotteja käytetään kaikilla terveydenhuollon alueilla, lääkkeiden toimittamisesta ja kuntoutuksen avustamisesta diagnostiikkaan, leikkauksiin ja lääkkeiden jakeluun.

Esimerkiksi robottikäsivarsia käytetään sekoittamiseen, annosteluun, laskemiseen ja tarkastukseen, kun taas ohjelmoituja toimitusrobotteja käytetään tavaroiden toimittamiseen tiettyihin paikkoihin.

Nämä autonomiset mobiilirobotit yksinkertaistavat rutiinitehtäviä terveydenhuollon ammattilaisille vähentämällä ihmistyön fyysisiä vaatimuksia ja vastaamalla henkilöstöpulaan. Ne myös seuraavat varastoa ja varmistavat, että kaikki tarvikkeet ovat aina saatavilla tarpeen mukaan, sekä desinfioivat tiloja ja valmistavat ne potilaille.

Ottamalla hoitaakseen kaikki nämä rutiinitehtävät, autonomiset mobiilirobotit antavat lääketieteellisen henkilökunnan keskittyä potilaisiin ja heidän erityistarpeisiinsa, joita teknologia ei pysty täyttämään. Aethonin Tug-robotti on esimerkki, joka pystyy liikkumaan haastavissa olosuhteissa ja tekemään turvallisia toimituksia juuri sinne, missä ja milloin niitä tarvitaan.

Nämä robotit auttavat myös luomaan turvallisen työympäristön hoitamalla siivouksen, desinfioinnin ja tarvikkeiden kuljetuksen sairaaloihin ja alueille, joilla on riski patogeenialtistumiseen.

CDC:n mukaan noin yksi 31:stä sairaalapotilaasta kärsii vähintään yhdestä terveydenhuollon aiheuttamasta infektiosta päivittäin. Tämä johtuu sairaaloiden kyvyttömyydestä desinfioida tiloja täysin. Tällaisiin ongelmiin vastaamiseksi automaattirobotteja, kuten FDA:n hyväksymä Xenex, rakennetaan käyttämään pulssisia UV-säteitä sairaalatilojen steriloimiseen vain muutamassa minuutissa.

Teknologinen innovaatio on myös johtanut kehittyneisiin kirurgisia avustavia robotteja, jotka auttavat kirurgeja saavuttamaan suurempaa nopeutta ja tarkkuutta monimutkaisten toimenpiteiden aikana.

Monikäsinen ihme-robotti nimeltä da Vinci Surgical System on yksi tällainen robotti, jota käytetään leikkauksien vähemmän invasiiviseen tekemiseen, kirurgisten virheiden vähentämiseen ja parantuneen hallinnan tarjoamiseen. Cyberknife on toinen, joka hoitaa syöpiä toimittamalla sädehoitoa kasvaimiin äärimmäisellä tarkkuudella.

Sitten on farmaseuttisia robotteja, jotka saavat paljon huomiota ikääntyvän väestön ja kroonisia sairauksia sairastavien, jotka tarvitsevat jatkuvaa lääkitystä ja tarkkaa hoitoa, vuoksi. Automatisoimalla kriittisiä prosesseja, jotka yleensä tehdään manuaalisesti ja vievät aikaa, farmaseuttiset robotit parantavat edelleen laatua ja tarkkuutta.

Robotit lääkkeiden toimitukseen

Teknologisten edistysaskelten ja kasvavan automaation tarpeen ohjaamana lääkeainekehityksessä ja potilashoidossa, robotit tekevät lääkkeiden toimituksesta tehokkaampaa ja tarkempaa, parantaen potilashoitua.

Yritykset kehittävät mikro- ja nanorobotteja, jotka liikkuvat itsenäisesti toimittaakseen lääkkeitä vaikeasti saavutettaviin kohteisiin kemiallisten reaktioiden tai ulkoisten lähteiden, kuten valon, sähkökenttien tai magneettikenttien, avulla. Kohdistamalla sairausalueita nämä robotit parantavat hoitotehoa ja vähentävät sivuvaikutuksia.

Muutama vuosi sitten tutkimusryhmä kehitti MANiACs-robottit, jotka ovat pieniä pyöriviä robotteja, joissa magneettiset nanotangot on upotettu pehmeään pallomaisen kuoreen. Vuonna 2022 Stanfordin koneinsinööri rakensi monitoimisia langattomia robotteja samaan tarkoitukseen.

Ja vain muutama kuukausi sitten NTU Singapore -tutkijat kehittivät jyvän kokoisia pehmeitä robotteja kohdennettuun lääkkeiden toimitukseen. Robotti, joka on valmistettu magneettisista mikropartikkeleista ja jota ohjataan magneettikentillä, voi kuljettaa jopa neljää erilaista lääkettä ja vapauttaa ne uudelleenkoodattavissa annoksissa ja järjestyksessä.

Tämä tutkimus perustui tiimin aikaisempaan työhön, jossa magneettisesti ohjattuja pienoismalleja robotteja, jotka voivat tarttua pieniin kohteisiin ja uida kapeissa tiloissa, muiden monimutkaisten liikkeiden ohella.

Ottaen inspiraatiota 1960-luvun sci-fi-elokuvasta ‘Fantastic Voyage’, jossa miehistö kutistettiin solukokoon korjaamaan tutkijan aivojen vaurioita, tutkimus tuo mielikuvituksen todellisuuteen.

Erittäin tarkka robotti, kun sitä testattiin laboratoriokokeissa, liikkui nopeuksilla 0,30 mm–16,5 mm sekunnissa, toimitti lääkkeitä menestyksekkäästi haastavammissa ympäristöissä, ja jopa kahdeksan tunnin jatkuvan liikkumisen jälkeen näytti minimaalista lääkkeen vuotoa.

NTU-tiimi tutkii nyt näiden robottien pienentämistä, jotta ne voitaisiin lopulta käyttää virtsarakon syövän, aivokasvainten ja paksusuolen syövän hoitoon.

Microbots: Tiny Robots That Revolutionize Precision Medicine

Mikrorobotit hyödyntävät miniaturisoituja antureita ja toimilaitteita suorittaakseen ohjelmoituja toimintoja. Niiden mikron kokoinen koko tekee niistä helppokäyttöisiä ympäristöissä, jotka ovat perinteisesti olleet liian monimutkaisia ja vaikeasti saavutettavia. Tämä kyky tekee näistä roboteista korvaamattomia minimaalisen invasiivisen kirurgian, sairauden diagnosoinnin, detoksifikaation ja tarkkuuslääkkeiden toimituksen kannalta.

Kuitenkin ne eivät ole ilman haasteita tehokkuuden ja paikannuksen suhteen syväkudoksessa.

Toinen merkittävä ongelma on, että ne ovat osoittautuneet enemmän näytöksi kuin aineeksi. Viimeisen kahden vuosikymmenen aikana on julkaistu useita mikro- tai nanorobottiversioita, mutta tähän mennessä niiden sovellukset elävissä järjestelmissä ovat olleet melko rajoitettuja. Lisäksi on se tosiasia, että esineiden liikuttaminen tarkasti monimutkaisissa bioesteissä, kuten syljessä, virtsassa ja veressä, on myös melko monimutkaista.

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

Lisäksi näiden mikrobotien suunnittelussa nousee kysymys, tulisiko niiden olla kiinnitettyjä vai irrotettavia. Jotta irrotettava mikrorobotti toimisi tehokkaasti ihmiskehossa, sen on oltava tasainen työntövoima bioesteissä, vahva kuormankapasiteetti, korkea biokompatibiliteetti leikkauspoistamisen välttämiseksi, parannettu kuvantaminen reaaliaikaista visualisointia varten ja tarkka kohdistus.

Tässä akustisesti toimivat robotit osoittavat merkittävää potentiaalia syväkudoksen läpäisyn, ei-invasiivisen toiminnan, nopean vasteen, vahvojen työntövoimien ja turvallisuuden etujen vuoksi.

Tutkijat Caltechista esittelivät BAM:n — hydrogeelipohjaisen, kuvantamista ohjatun, bioresorbenttisen akustisen mikrorobotin, joka voi navigoida ihmisen kehossa erittäin vakaasti. BAM ei ole metallinen humanoidi tai bio-mimikaalinen robotti, vaan se on pieni kuplamainen pallo.

Caltechin ja Heritage Medical Research Institute -tutkijan Wei Gao:n, paperin yhteisvastuullisen kirjoittajan, mukaan, joka on lääketieteellisen tekniikan professori Caltechissa ja tutkija:

“Olemme suunnitelleet yhden alustan, joka pystyy ratkaisemaan kaikki nämä ongelmat.”

Tutkimuksessaan tiedemiehet totesivat, että testattaessa robotit auttoivat tiimiä onnistuneesti toimittamaan terapeuttisia aineita, jotka vähensivät virtsarakon kasvainten kokoa hiirillä.

“Sen sijaan, että lääke laitettaisiin kehoon ja annettaisiin sen levitä kaikkialle, voimme nyt ohjata mikrorobotit suoraan kasvaimen paikalle ja vapauttaa lääkkeen hallitulla ja tehokkaalla tavalla.”

– Gao

Kun BAM-teknologia kehittyy, tutkimus ennustaa, että laite tekee merkittävän vaikutuksen terveydenhuoltosektoriin ja potilashoitoon.

BAM:n suunnittelu ja kehitys

Uusi mikrorobotti, jossa on pallomaisia mikrorakenteita, on valmistettu hydrogeelistä, jota kutsutaan poly(eteeniglykoli)diakrylaatiksi. Hydrogeeli alkaa nestemäisessä tai hartsimaisessa muodossa, mutta kun niiden sisällä oleva polymeriverkko ristisidos muodostuu, siitä tulee kiinteä.

Tällainen koostumus ja mikrorakenne mahdollistavat hydrogeelien suuren nesteen säilyttämisen, auttaen tiimiä ratkaisemaan robottien biokompatibiliteettiongelman. Samaan aikaan lisävalmistustekniikka mahdollistaa ulkopallon kuljettaa terapeuttisen lastin kohteeseen kehon sisällä.

Mikrorakenteet ja hydrogeeliresepti valmistettiin Julia R. Greerin, yhteisvastuullisen kirjoittajan, sekä Ruben F.:n ja Donna Mettlerin, materiaalitieteen, mekaniikan ja lääketieteellisen tekniikan professorin avustuksella.

Tähän hänen ryhmänsä käytti kaksifoton polymerisaatiota (TPP) litografiaa. Tässä 3D‑tulostustekniikassa laseria käytetään monimutkaisten rakenteiden luomiseen. Tässä ultra-nopeita infrapunalaserin pulssit käytetään valikoivasti ristisidottamaan valosensitiivisiä polymeereja noudattaen tiettyä suunnitelmaa.

TPP-litografia rakentaa periaatteessa korkean tarkkuuden rakenteen kerros kerrokselta, mahdollistaen tiimille monimutkaisten muotojen ja korkean tarkkuuden saavuttamisen. Ryhmä pystyi tulostamaan (kirjoittamaan) mikrorakenteita, joiden halkaisija on noin 30 mikronia, mikä on yhtä kuin ihmisen hius.

Puhuttaessa rakenteen pallomaisesta muodosta, Greer totesi, että se on “erittäin monimutkaista kirjoittaa” ja vaatii tietoa “tietyistä alansa nikseistä, jotta pallot eivät sortuisi itsensä päälle”, joten on suuri saavutus, että tiimi pystyi luomaan ne.

“Pystyimme paitsi synteettämään hartsin, joka sisältää kaikki biofunktionalisoinnit ja kaikki lääketieteellisesti tarpeelliset elementit, myös kirjoittamaan ne tarkkaan pallomaiseen muotoon tarvittavalla ontolla.”

– Greer

Tämä on pallon sisäinen rakenne, ja ulkoisen rakenteen osalta mikrorobotit sisällyttävät siihen magneettisia nanopartikkeleita ja terapeuttista lääkettä lopullisessa muodossaan.

Magneettiset nanopartikkelit mahdollistavat tutkijoille robotien ohjaamisen ja kohdistamisen haluttuun paikkaan ulkoisen magneettikentän avulla. Kun ne lopulta saavuttavat kohteen, robotit pysyvät siellä, ja lääke leviää passiivisesti.

Mikrorakenteen ulkopuolella tiimi suunnitteli sen edelleen hydrofiiliseksi, mikä tarkoittaa, että se vetää puoleensa vettä. Tämä varmistaa, että yksittäiset robotit eivät tartu toisiinsa kulkiessaan kehon läpi.

Toisin kuin mikrorobotin ulkopinta, sisäpinta ei ole hydrofiilinen vaan hydrofobinen, koska sen täytyy kerätä ilmakupla, joka on helppo liuottaa.

Rakentaakseen hybridimikrorobotin, jonka ulkopinta vetää vettä ja sisäosa hylkää vettä, tiimi suunnitteli kemiallisen muokkauksen.

Tämä muokkaus sisälsi kaksi vaihetta; ensimmäisessä vaiheessa kiinnitettiin pitkäketjuisia hiilimolekyylejä hydrogeeliin, tehden siitä hydrofobisen. Toisessa vaiheessa tiedemiehet käyttivät happiplasman etsaustekniikkaa poistamaan hiilirakenteet ulkopinnalta, tehden sen hydrofiiliseksi.

Kutsuen kemiallista muokkaustaan “yhdeksi tämän projektin keskeisistä innovaatioista”, Gao totesi, että epäsymmetrinen pinnan muokkaus mahdollisti heidän “käyttää monia robotteja ja silti vangita kuplia pitkän aikaa bioesteissä, kuten virtsassa tai seerumissa”.

Tiimin demonstraation mukaan tämä tekniikka mahdollisti kuplien kestämisen useita päiviä, toisin kuin muutoin vain muutaman minuutin.

Nyt, miksi meidän täytyy alun perin vangita nämä kuplat? No, vangitut kuplat ovat tarpeen robottien liikkumiseen ja niiden seuraamiseen reaaliaikaisella kuvantamisella.

Jotta mikrorobotti voisi liikkua eteenpäin, tutkijat varustivat pallon kahdella sylinterimäisellä aukolla. Tiimi havaitsi, että kahden aukon omaaminen mahdollisti robottien liikkumisen eri bioesteissä suuremmilla nopeuksilla kuin yhden aukon tapauksessa.

Kun robotti altistetaan ultraäänikentälle, sen sisällä olevat kuplat värähtelevät, aiheuttaen ympäröivän nesteen virtaavan pois, mikä työntää robotin nesteen läpi.

Kupla, joka on vangittu jokaisessa mikrorakenteessa, toimii erinomaisena ultraäänikuvantamisen kontrastiaineena, mahdollistaen robottien reaaliaikaisen seurannan elävänä.

Tiimi testasi sitten mikrorobotteja lääkkeiden toimitustyökaluna hiirillä, joilla oli virtsarakon kasvaimia. 22 päivän aikana neljä terapeuttista toimitusta tehtiin mikrorobottien avulla. Näiden toimitusten havaittiin olevan menestyksekkäämpiä kasvainten koon vähentämisessä kuin ne, jotka eivät käyttäneet robotteja. Gao:n mukaan:

“Uskomme, että tämä on erittäin lupaava alusta lääkkeiden toimitukseen ja tarkkuusleikkauksiin. Tulevaisuutta ajatellen voimme arvioida tämän robotin käyttöä alustanaan erilaisten terapeuttisten lastien tai aineiden toimittamiseen eri sairauksissa. Pitkällä aikavälillä toivomme testata tätä ihmisillä.”

Klikkaa tästä saadaksesi lisätietoja tahmeasta metallista, jolla voi olla laaja sovellus robotiikassa.

Sijoitettavissa oleva yritys lääketieteellisen robotiikan alalla

Katsotaanpa nyt merkittävää yritystä tällä alalla:

Intuitive Surgical

Tämä 186,6 miljardia dollaria markkina-arvoinen yritys tunnetaan da Vinci -kirurgisen järjestelmän ja Ion‑endoluminaalijärjestelmän kehittämisestä, valmistamisesta ja markkinoinnista. Intuitive Surgicalin tuotteet ja palvelut mahdollistavat paremmat potilastulokset.

Kirjoitushetkellä sen osakkeet käyvät 517 dollarissa, mikä on 55,3 % nousu kuluvan vuoden alusta, ja EPS (TTM) on 6,2 sekä P/E (TTM) 84,22. Vuoden 2024 kolmannella neljänneksellä yritys raportoi 2,04 miljardia dollaria liikevaihtoa, mikä on 17 % kasvu edellisvuoden vastaavasta neljänneksestä.

Tänä aikana maailmanlaajuiset da Vinci -toimenpiteet nousivat noin 18 % verrattuna 3Q23:een, ja sen asennettu kanta kasvoi 9 539 järjestelmään, kun Intuitive Surgical (ISRG ) asensi 379 tällaista järjestelmää. Yritys sai myös sääntelyhyväksynnän järjestelmälleen Etelä-Koreassa.

Yhteenveto

Robotiikka saa paljon huomiota ympäri maailmaa ja eri toimialoilla. Kysyntä roboteille terveydenhuollossa on erityisen vahvaa ja kasvavaa niiden kyvyn ansiosta virtaviivaistaa kliinisiä työnkulkuja, avustaa leikkauksissa, vähentää infektioriskiä sekä tarjota turvallisemman ympäristön ja korkealaatuista potilashoitoa.

Viimeisin nanorobotteja koskeva tutkimus, kuten tänään totesimme, osoittaa lääketieteellisen läpimurron, joka voi muuttaa terveydenhuoltosektoria hoitamalla tiloja, jotka eivät ole vain vaikeita vaan saattavat olla jopa mahdottomia. Tämä varmasti raivaa tietä paremmille hoidoille ja terveemmälle tulevaisuudelle.

Klikkaa tästä saadaksesi listan parhaista robotiikkakirurgian osakkeista.