Les solutions robotiques peuvent restaurer les fonctions vitales du corps pour ceux qui en ont le plus besoin

Péristaltisme – Une mobilité musculaire cachée mais importante

Robotic help to alleviate mobility issues are on the rise, notably exoskeletons. For example, we discussed how it peut aider les patients atteints de la maladie de Parkinson et pourrait également offrir une mobilité supplémentaire aux travailleurs d’usine et d’entrepôt, or even the military like with the Herowear suit developed with Vanderbuilt University.

Source: Herowear

Cependant, tous les mouvements importants du corps ne proviennent pas des membres ou du dos. Le péristaltisme est le mouvement ondulatoire des organes internes comme l’œsophage (qui relie la bouche à l’estomac) ou l’intestin.

Ce type de mouvement accélère le transport des fluides et des liquides dans le corps. C’est une fonction vitale pour la digestion et garantit également que les aliments ingérés se dirigent vers l’estomac plutôt que vers les poumons.

Le péristaltisme peut être altéré par des maladies, notamment le cancer. Le traitement habituel consiste à utiliser un tube métallique, ce qui peut entraîner des obstructions et d’autres problèmes potentiellement mortels.

Des chercheurs de la même Vanderbilt University à Nashville, États‑Unis, où leurs collègues travaillaient sur les exosuits, ont créé un robot magnétique souple capable d’imiter le péristaltisme.

L’essor de la robotique souple

Robots are great at manipulating heavy equipment and performing precise manufacturing. But they are much harder to mix with soft and fragile biological tissues.

Pour ces raisons, les chercheurs recherchent des moyens de créer des « robots souples », en utilisant des plastiques, des polymères, des fils métalliques ou d’autres composants plus flexibles.

Des conceptions plus souples devraient permettre de nouveaux concepts, davantage inspirés par la nature, à utiliser lors de la construction d’un robot, comme nous l’avons évoqué dans notre article « Comment la robotique peut s’inspirer de la nature ».

But these systems still suffer from a few limitations:

• Ils doivent être reliés à une source d’alimentation.
• Ils sont souvent limités à quelques formes ou mouvements prédéterminés.
• Ils sont assez lourds.

An idea to remove these limitations is to use magnets instead of rigid metal parts. This removes the need for an external power source and offers more flexibility and diversity of possible shapes and movements. For example, we discussed previously how des gels souples pourraient être rendus magnétiques pour alimenter de tels robots.

Péristaltisme robotique

The Vanderbilt University researchers used a flexible magnetic robotic system to recreate the biological undulation movements of peristalsis.

Source: Advanced Functional Materials

Le mouvement du « robot » est réalisé par magnétisme, commandé depuis l’extérieur du corps, un avantage supplémentaire pour ce système. Ainsi, il ne nécessite pas de batterie interne après son insertion dans le corps du patient.

Un tel robot magnétique de péristaltisme peut être intégré dans un stent œsophagien, reproduisant le mouvement d’un œsophage biologique.

Source: Advanced Functional Materials

La fabrication de cet appareil a nécessité de nombreuses étapes et des essais pour trouver la bonne méthode. Entre autres, cela a impliqué la découpe laser du matériau, sa magnétisation, son assemblage sur une bande de polyimide, son revêtement d’hydrogel et son collage au stent en silicium (la même procédure peut également être réalisée avec un stent métallique).

Source: Advanced Functional Materials

La conception expérimentale a bien fonctionné et a reproduit les mécanismes du péristaltisme.

Vous pouvez le voir en action dans la vidéo ci‑dessous :

Améliorations futures

Plus petit pour plus d’applications

The magnetic soft sheet used in the prototype could be smaller, maybe by using manufacturing techniques like micro-molding.

La feuille magnétique souple utilisée dans le prototype pourrait être plus petite, peut-être en recourant à des techniques de fabrication comme le micro‑moulage.

Cela permettrait à cette conception de s’insérer dans des parties plus étroites du corps. Par exemple, elle pourrait être utilisée pour aider à transporter les ovules humains depuis les ovaires lorsque la fonction musculaire des trompes de Fallope est altérée.

Le même système pourrait être intégré dans des stents respiratoires pour transporter un excès de mucus.

Matériaux

The magnetic soft sheet could have micro-patterns and coating that make the transport of liquids and solids more efficient.

La feuille magnétique souple pourrait comporter des micro‑motifs et un revêtement qui rendraient le transport des liquides et des solides plus efficace.

The magnetic component could also be improved so that a lower magnetic field can be used (even if the magnetic intensity used in the prototype is considered very safe).

Le composant magnétique pourrait également être amélioré afin d’utiliser un champ magnétique plus faible (même si l’intensité magnétique utilisée dans le prototype est considérée comme très sûre).

Actions robotiques souples ou magnétiques

1. Stereotaxis

Stereotaxis est un leader de la télérobotique médicale. Son système Genesis RMN (Navigation Magnétique Robotique) utilise des champs magnétiques pour guider les cathéters dans le corps d’un patient. Il est notamment utilisé en chirurgie cardiaque et dans d’autres traitements endovasculaires.

C’est le seul robot disponible dans ce secteur, qui diffère de la chirurgie laparoscopique, dominée par Intuitive Surgical (ISRG) et des robots de chirurgie ouverte comme ceux de Stryker (SYK – robot Mako) et Medtronic (MDT – Mazor robotics). Nous avons abordé ces deux sociétés et d’autres dans notre article « Top 5 des actions de chirurgie robotique».

Cette méthode élimine le besoin de cathéters rigides qui dépendent du contrôle manuel et de la force de l’opérateur, entraînant un risque accru d’événements indésirables pour les patients.

De plus, la méthode traditionnelle d’implantation de cathéters nécessite des rayons X, ce qui entraîne une exposition aux radiations, notamment pour le personnel médical effectuant régulièrement la procédure. Il est bien connu que cela peut provoquer le cancer chez les médecins et les infirmières pratiquant ces interventions.

Source: Stereotaxis

La procédure manuelle nécessite également de nombreuses compétences, requérant une formation coûteuse, et présente des taux de succès variables selon l’opérateur et son expérience.

Par rapport aux méthodes classiques, la solution de Stereotaxis offre 72 % de complications en moins et 36 % d’exposition aux radiations en moins.

L’entreprise a déjà déployé son système dans plus de 100 hôpitaux et traité plus de 100 000 patients.

Comme Stereotaxis utilise déjà la navigation magnétique à distance pour les chirurgies, il est logique que l’entreprise soit en position idéale pour adopter l’émergence de la robotique magnétique.

Sa réputation de procédures plus sûres que la normale grâce à la robotique magnétique pourrait également être déterminante pour convaincre les professionnels de santé de faire confiance à l’entreprise pour l’implémentation de robots mobiles dans la gorge, les systèmes reproductifs ou les voies respiratoires des patients.

2. 3D Systems Corporation

Ce leader de l’industrie de l’impression 3D s’est également lancé dans le bioprinting en 2017 grâce à une collaboration de recherche avec United Therapeutics (UTHR). Il a également acquis le fabricant d’encre biologique Allevia en 2021. Et il a annoncé une collaboration avec CollPlant Biotechnologies (CLGN) en 2020.

Cette acquisition donne à 3D Systems une avance dans le domaine de l’impression de matériaux biologiques. Elle commercialise actuellement 3 modèles de son bioprinter Allevi.

Source: 3D Systems

En tant que producteur croissant de dispositifs médicaux et de prothèses imprimés en 3D et leader du bioprinting, nous pouvons imaginer que l’entreprise pourrait être intéressée à trouver de nouvelles applications pour les robots magnétiques télécommandés dans le domaine médical.

Ainsi, si la robotique souple devient une méthode pour « réparer » le péristaltisme, nous pouvons nous attendre à ce que 3D Systems fasse partie de cette révolution médicale et aide à imprimer en 3D les pièces et outils pertinents pour ces nouvelles thérapies.

(Nous avons exploré le domaine du bioprinting en profondeur dans notre article « Organes à la demande : les meilleures actions de bioprinting 3D»).