רובוטיקה
רובוטים לשחרור תרופות מכוונים מתקרבים להצלחה עם ה”באבל-בוטים” האחרונים
הרובוטיקה הופכת לפופולרית יותר ויותר עם כל עובר שנה, ככל שהביקוש לפתרונות יעילים וזולים עולה.
עם טכנולוגיית רובוטיקה המציעה נוחות ובטיחות משופרת, ואינטגרציה של בינה מלאכותית ולמידת מכונה, המאפשרת יכולות רובוטיות מתקדמות יותר, אין זה מפתיע שהשוק הגלובלי של רובוטיקה צפוי לעלות על 200 מיליארד דולר עד סוף העשור.
ראיה נוספת לשימוש הגובר ברובוטיקה היא התקנת רובוטים תעשייתיים ברחבי העולם, שהגיעה ל-541,302 ב-2023, ההתקנה השנתית השנייה בגודלה בהיסטוריה. השיא נרשם בשנה שלפני כן, כאשר הותקנו 552,946 יחידות.
עם זאת, מספר הרובוטים הפעילים הגיע כעת לשיא חדש של כ-4.3 מיליון יחידות ברחבי העולם, כאשר אסיה מובילה את הצמיחה ב-70%, אחריה אירופה ב-17%, ואז אמריקה ב-10%. בנוגע לייצור רובוטים, יפן מובילה עם נתח שוק של 46%.
על פי הפדרציה הבינלאומית של רובוטיקה (IFR), צמיחת הרובוטיקה תאיץ ב-2025 ותמשיך בקצב זה בשנים הבאות.
כעת, כאשר מדובר בתעשיות המובילות את ההתפשטות העצומה של הרובוטיקה, התעשייה האוטומוטיבית מובילה, עם אלקטרוניקה, מתכות ומכונות, ניהול פסולת, חקלאות, קמעונאות, בנייה ושירותי מזון המהוות ענפים אחרים המשתמשים ברובוטים.
רובוטים בבריאות
בעוד שרובוטים משמשים בתעשיות שונות, יש ענף אחד שבו הם הוא הוא בעל השפעה רבה יותר וחיובית, והוא רפואה. השוק הגלובלי של מערכות רובוטיות רפואיות הוא למעשה בצמיחה מהירה, ונאמד כי גודלו יגדל מ-16 מיליארד דולר ב-2024 ל-33.8 מיליארד דולר עד 2029.
רובוטים משמשים בכל תחומי הבריאות, מאספקת תרופות וסיוע בשיקום ועד סיוע באבחון, ניתוח ומתן תרופות.
למשל, זרועות רובוטיות משמשות לערבוב, מנה, ספירה ובדיקה, בעוד רובוטים אוטונומיים מתוכנתים משמשים למשלוח פריטים למיקומים ספציפיים.
רובוטים אוטונומיים אלה מפשטים משימות שגרתיות עבור מקצועות הבריאות על ידי הפחתת הדרישות הפיזיות מעובדים אנושיים ופתרון מחסור בכוח אדם. הם אף מעקבים אחר המלאי ומוודים שכל האספקה תמיד במלאי כאשר נדרש, בנוסף לחיטוי חדרים והכנתם לקבלת חולים.
בכך, רובוטים אוטונומיים מאפשרים לצוותים רפואיים להתמקד בחולים ובצרכים הספציפיים שלהם, אשר לא ניתן לספקם על ידי הטכנולוגיה. הרובוט הנקרא Tug מ-Aethon הוא דוגמה לכך, המסוגל לנוע בתנאים מאתגרים כדי לבצע משלוחים בטוחים לאן שנדרשים וכאשר נדרשים.
רובוטים אלה גם תורמים ליצירת סביבת עבודה בטוחה על ידי ביצוע משימות של ניקיון, חיטוי והובלת אספקה לבתי חולים ואזורים שיש בהם סיכון לחשיפה לפתוגנים.
על פי ה-CDC, כ- אחד מ-31 חולים בבית חולים הוא בעל לפחות זיהום אחד של בריאות הציבור ביום מסוים. זה נובע מאי-יכולתם של בתי חולים לחטא את החדרים באופן מלא. כדי לסייע בפתרון בעיות כאלה, רובוטים אוטונומיים כמו Xenex, שאושרו על ידי ה-FDA, נבנים באמצעות קרינת UV מטופפת לסטריליזציה של חדרים בבתי חולים בתוך דקות בודדות.
חידושים טכנולוגיים הובילו גם לפיתוח רובוטים מתקדמים לסיוע בניתוח, המאפשרים למנתחים להשיג מהירות ודיוק רב יותר בביצוע ניתוחים מורכבים.
רובוט הדאווינצ’י הרב-זרועי הוא דוגמה לרובוט כזה, המשמש להפיכת ניתוח לפחות פולשני, הפחתת שגיאות ניתוח וסיפוק שליטה משופרת. ה-Cyberknife הוא עוד דוגמה, המטפל בסרטן באמצעות מתן טיפול קרינה לגידולים עם דיוק קיצוני.
ואז ישנם רובוטים פרמצבטיים, אשר זוכים להד רב בשל האוכלוסייה המזדקנת ואלו עם מחלות כרוניות הדורשות טיפול תרופתי מתמשך וטיפול מדויק. באמצעות אוטומציה של תהליכים ביקורתיים שנעשים בדרך כלל באופן ידני וארוך, רובוטים פרמצבטיים תורמים גם לשיפור האיכות והדיוק.
רובוטים למתן תרופות
נועדו על ידי התפתחויות טכנולוגיות והצורך הגובר באוטומציה בפיתוח תרופות וטיפול בחולים, רובוטים מפילים את מתן התרופות ליעילות ודיוק רב יותר, וכך משפרים את הטיפול בחולים.
חברות מפתחות רובוטים מיקרו ונאנו הנעים באופן עצמאי למתן תרופות לאזורים קשים להגיע, מונעים על ידי תגובות כימיות או מקורות חיצוניים כמו אור, שדות אלקטריים או שדות מגנטיים. על ידי הכוונה לאתרי מחלות, רובוטים אלה משפרים את האפקטיביות הטיפולית ומפחיתים את התופעות הלוואי.
לפני כמה שנים, קבוצת חוקרים פיתחה MANiACs, הם רובוטים קטנים ומסתובבים המכילים ננו-מגנטים המוטמעים בשכבה כדורית רכה. לפני כמה שנים, מהנדס מכני מ-Stanford בנה רובוטים אלחוטיים רב-תכליתיים למטרה זהה.
ורק לפני כמה חודשים, חוקרים מ-NTU סינגפור פיתחו רובוטים רכים בגודל גרעין למתן תרופות מכוון. הרובוט, העשוי מחלקיקים מגנטיים ונשלט על ידי שדות מגנטיים, יכול להוביל עד ארבע תרופות שונות ולשחרר אותן במינונים וסדרים מתוכנתים מחדש.
מחקר זה התבסס על עבודה קודמת של הצוות, שכללה רובוטים מיניאטוריים מונעים מגנטית, המסוגלים לאחוז באובייקטים קטנים ולשחות דרך מרחבים צרים, בין היתר.
לקיחת השראה מסרט מדע בדיוני מ-1960, ‘מסע פנטסטי’, שבו צוות הוקטן לגודל תא כדי לתקן נזק במוחו של מדען, המחקר מביא את הדמיון למציאות.
הרובוט המיומן ביותר, כאשר נבדק בניסויים מעבדתיים, נע במהירויות בין 0.30 מ”מ ל-16.5 מ”מ לשנייה, סיפק תרופות בסביבות מאתגרות יותר, ואפילו לאחר שמונה שעות של תנועה רצופה, הראה דליפת תרופה מינימלית.
צוות NTU עובד כעת על הקטנת הרובוטים האלה עוד יותר, כדי שבסופו של דבר יוכלו לשמש לטיפול בסרטן השחם, גידולים במוח וסרטן המעי הגס.
מיקרובוטים: רובוטים זעירים המהפכנים את הרפואה המדויקת
מיקרובוטים משתמשים בחיישנים ומנועים מיניאטוריים כדי לבצע פעולות שהם מתוכנתים לבצע. גודלם המיקרוני הופך אותם לקלים לשימוש בסביבות שהיו בעבר מורכבות וקשות להגיע. יכולת זו הופכת אותם לבלתי ניתנים להחלפה עבור ניתוחים מינימליים, אבחון מחלות, טיהור ומתן תרופות מדויק.
עם זאת, הם אינם חסינים מאתגרים במונחים של יעילותם ומיקומם ברקמות עמוקות.
בעיה נוספת היא שהם הוכיחו עצמם יותר כמופע מאשר תוכן. במהלך העשורים האחרונים, פורסמו מספר גרסאות של מיקרו-או נאנו-רובוטים, אך עד כה, יישומם במערכות חיות היה מוגבל. אז יש את העובדה שתנועת אובייקטים עם דיוק גבוה בנוזלים ביולוגיים מורכבים כמו רוק, שתן ודם היא גם מאתגרת.
מכשולים אחרים לנאנורובוטים כוללים גילוי בזמן אמת בתוך הגוף והשגת שליטה מרחוק מדויקת לטיפול מכוון.
כאשר מתכננים את המיקרובוטים, עולה השאלה האם הם צריכים להיות מחוברים או לא. עבור רובוט מיקרו לא-מחובר, יש צורך בתנועה יציבה דרך נוזלים ביולוגיים, קיבולת מטען חזקה, ביו-תאימות גבוהה כדי למנוע הסרה ניתוחית, חיזוי משופר לוויזואליזציה בזמן אמת וכיוונון מדויק.
כאן, רובוטים מופעלים באמצעות קול הראו פוטנציאל משמעותי בשל יתרונות חדירה לרקמות עמוקות, פעולה בלתי פולשנית, תגובה מהירה, כוחות מניעה חזקים ובטיחות.
לכן, חוקרים מ-Caltech הציגו את BAM – רובוט מיקרו אקוסטי, ביו-מישוש, הידרוג’לי, הניתן לשליטה ולהדמיה, שיכול לנווט בגוף האדם עם יציבות גבוהה. BAM אינו רובוט מתכתי אנושי או ביו-מימטי, אלא כדור זעיר.
על פי עמית-מחבר המאמר על הרובוט, ויי גאו, פרופסור להנדסת רפואית ב-Caltech וחוקר במכון למחקר רפואי:
“תכננו פלטפורמה יחידה שיכולה לפתור את כל הבעיות האלה”.
ב מחקר שלהם, המדענים ציינו כי כאשר נבדק, הרובוטים סייעו לצוות לספק תרופות שהפחיתו את גודל גידולים בשלפוחית השתן בעכברים.
“במקום להכניס תרופה לגוף ולאפשר לה להתפשט בכל מקום, עכשיו אנו יכולים לכוון את הרובוטים שלנו ישירות לאתר הגידול ולשחרר את התרופה באופן מבוקר ויעיל”.
– גאו
ככל שטכנולוגיית BAM מתקדמת, המחקר מצפה שההתקן יהיה בעל השפעה משמעותית על ענף הבריאות וטיפול בחולים.
תכנון ופיתוח BAM
הרובוט המיקרו החדש, המצויד במבנה כדורי, עשוי מהידרוג’ל הנקרא פולי(אתילן גליקול) דיאקרילט. הידרוג’ל מתחיל בצורת נוזל או רזין, אך כאשר רשת הפולימרים בתוכו הופכת למקושרת, הוא הופך למוצק.
בעל כך הרכב ומבנה, הידרוג’לים מאפשרים לרובוטים להתגבר על בעיית הביו-תאימות. בנוסף, ייצור באמצעות ייצור אדיטיבי מאפשר לכדור החיצוני לשאת מטען תרופתי לאתר היעד בגוף.
המבנה המיקרו ומתכון ההידרוג’ל נעשו בסיוע ג’וליה ר . גריר, המחבר המשותף, ורובן פ . מטלר, פרופסור למדע חומרים, מכניקה והנדסת רפואית .
לשם כך, קבוצתה השתמשה בליתוגרפיה של פולימריזציה דו-פוטונית (TPP). בטכניקת ההדפסה תלת- ממדית זו, לייזר משמש ליצירת מבנים מורכבים . כאן, פולסים מהירים של אור לייזר תת- אדום משמשים ליצירת קישורים סלקטיביים של פולימרים פוטורגישיים בעקבות עיצוב מסוים .
ליתוגרפיית TPP בנתה בעצם מבנה ברזולוציה גבוהה שכבה אחר שכבה, מאפשרת לצוות להשיג צורות מורכבות ודיוק גבוה. הקבוצה הצליחה להדפיס מבנים מיקרוניים בקוטר של כ-30 מיקרון, גודלו של שיער אדם.
דברי גריר בנוגע לצורה הכדורית של המבנה, “זה מאוד מסובך לכתוב” ודורש “ידיעת כמה ‘תחבולות’ כדי למנוע מהכדורים לקרוס על עצמם”, כך שזה הישג גדול שהצליחו ליצור אותם.
“הצלחנו לא רק לסנתז את הרזין המכיל את כל היסודות הביו-פונקציונליים והרפואיים הדרושים, אלא גם לכתוב אותם בצורה כדורית מדויקת עם חלל פנימי הכרחי”.
– גריר
זהו המבנה הפנימי של הכדור, ואילו בחוץ, הרובוטים יכילו ננו- חלקיקים מגנטיים ואת התרופה הטיפולית בצורתם הסופית .
הננו-חלקיקים המגנטיים מאפשרים לחוקרים לשלוט ברובוטים ולכוונם למיקום מועדף באמצעות שדה מגנטי חיצוני. וכאשר הם מגיעים ליעד, הרובוטים נשארים במיקום והתרופה מתפשטת באופן פסיבי.
בנוגע לחלק החיצוני של המיקרומבנה, הצוות תכנן אותו להיות הידרופילי, כלומר מושך למים. עשיית כך מונעת מהרובוטים היחידים להידבק זה לזה כאשר הם נעים דרך הגוף.
בניגוד לפני המיקרומבנה, הפנים לא נעשו הידרופיליים אלא הידרופוביים כי הם צריכים ללכוד בועה של אוויר, שקל להתמוסס .
כדי לבנות רובוט מיקרו היברידי שחלקו החיצוני מושך מים בעוד הפנים מדחים מים, הצוות תכנן שינוי כימי.
שינוי זה כלל שני שלבים; הראשון כלל הצמדת מולקולות פחמן ארוכות-שרשרת להידרוג’ל, תוך הפיכתו להידרופובי. בשלב השני, המדענים השתמשו בטכניקת קיטוע פלזמת חמצן כדי להסיר את המבנים הפחמניים מהחלק החיצוני, תוך הפיכתו להידרופילי.
גאו כינה את השינוי הכימי “אחד החידושים המרכזיים של פרויקט זה”, וציין כי השינוי הפנימי-חיצוני אפשר להם “להשתמש ברובוטים רבים ועדיין ללכוד בועות לתקופה ממושכת של זמן בנוזלים ביולוגיים, כמו שתן או סרום”.
על פי הדגמת הצוות, טכניקה זו אפשרה לבועות להישאר למשך ימים אחדים, לעומת כמה דקות בלבד בדרך אחרת.
עכשיו, תשאלו למה אנחנו צריכים ללכוד את הבועות האלה בראשונה? הסיבה היא שלכידת בועות היא חיונית להנעת הרובוטים ולמעקב אחריהם באמצעות הדמיה בזמן אמת .
כדי לאפשר לרובוט המיקרו לנוע קדימה, החוקרים עיצבו את הכדור עם שני פתחים צילינדריים. הצוות מצא כי היווצרות שני פתחים אפשרה לרובוטים לנוע במהירות רבה יותר בנוזלים ביולוגיים שונים מאשר פתח בודד.
כאשר נחשפים לשדה אולטרא-סאונד, הבועות בתוך הרובוט מתרטטות, גורמות לנוזל הסובב אותו לזרום הרחק ממנו, ובכך מניעות את הרובוט דרך הנוזל.
הבועה, הלכודה בכל מבנה מיקרו, משמשת סוכן קונטרסט מצוין להדמיה אולטרא-סאונד, מאפשרת מעקב אחר הרובוטים בזמן אמת ב גוף .
הצוות העמיד את הרובוטים המיקרו למבחן ככלי למתן תרופות בעכברים עם גידולים בשלפוחית השתן. ב-22 ימים, ארבעה משלוחים של תרופות נעשו באמצעות רובוטים מיקרו. משלוחים אלה נמצאו יותר מוצלחים בהפחתת גודל הגידולים מאשר אלו שלא עשו שימוש ברובוטים . על פי גאו:
“חושבים שזו פלטפורמה מבטיחה מאוד למתן תרופות וניתוחים מדויקים. מבטים לעתיד, ניתן לבדוק את השימוש ברובוט הזה כפלטפורמה למשלוח מטענים טיפוליים שונים או סוכנים לתנאים שונים. ובטווח הארוך, מקווים לבדוק אותו בבני אדם”.
חברה בתחום הרובוטיקה הרפואית
עכשיו, בואו נביט בחברה בולטת בתחום זה:
Intuitive Surgical (ISRG )
חברה זו, בעלת שווי שוק של 186.6 מיליארד דולר, ידועה בפיתוח, ייצור ושיווק של מערכת הניתוח דאווינצ’י ומערכת Ion. מוצרים ושירותים של Intuitive Surgical מאפשרים תוצאות חיוביות יותר עבור החולים.
(ISRG
)
נכון לכתיבה, מניותיה נסחרות ב-517 דולר, עלייה של 55.3% מתחילת השנה, עם רווח למניה (TTM) של 6.2 ויחס מחיר לרווח (TTM) של 84.22. עבור הרבעון השלישי של 2024, החברה דיווחה על הכנסות של 2.04 מיליארד דולר, עלייה של 17% לעומת אותו רבעון בשנה הקודמת.
בתקופה זו, הליכי דאווינצ’י ברחבי העולם קפצו בכ-18% בהשוואה ל-3Q23, ובסיס המערכות שלה גדל ל-9,539 מערכות, עם Intuitive Surgical שהתקינה 379 מערכות כאלה. החברה קיבלה גם אישור רגולטורי למערכת בקוריאה הדרומית.
מסקנה
רובוטיקה מקבלת תשומת לב רבה ברחבי העולם ובתעשיות שונות. הביקוש לרובוטים בתחום הבריאות הוא במיוחד חזק וגדל, הודות ליכולתם לזרום זרימת עבודה קלינית, לסייע בניתוח, להפחית את סיכון הזיהום ולספק סביבת עבודה בטוחה וטיפול בחולים איכותי.
המחקר האחרון בנאנורובוטים, כפי שצוין היום, מדגים פריצת דרך רפואית שיכולה לשנות את תעשיית הבריאות על ידי טיפול במצבים שהם לא רק קשים אלא אפילו בלתי אפשריים. זה בהחלט פותח את הדרך לטיפולים משופרים ועתיד בריא יותר .
