ロボティクス

磁性ゲルカプセルがロボティクスと医療の両方を前進させる可能性

公開日 2024年1月24日

更新日 2026年7月31日

著者

Jonathan Schramm

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磁性ポリマー

Prof. Abdon Pena-Francesch, head of the BioInspired Materials Lab at the University of Michigan, and his team have 開発 a gel with magnetic properties – despite it being composed exclusively of carbon-based molecules. This magnetic gel, called ‘TEMPO magnets’, allows it to be attracted to other magnetic materials and respond to magnetic fields. This can allow for remote manipulation of the gel. For example, a capsule in the stomach could be directed to perform surgery or deliver medicine.

出典: University of Michigan

このTEMPOベースのゲルの磁性は金属系マグネットよりも弱いですが、バイオ医療用途や特定のソフトロボティクスにとっては利点となります。例えば、MRIはこの技術と組み合わせて使用でき、より強い磁石があるとMRIは事実上機能しなくなります。したがって、この場合、MRIは医療カプセルの効果や薬剤が適切に投与されたか、あるいは消化管内の磁性ゲルカプセルの動きをモニタリングするために使用できます。

次のステップ

この特定プロジェクトの次のステップは、このタイプのゲルを生分解性にすることであり、人体への許容性を高め、自然環境での汚染や汚れを心配せずに使用できる可能性を提供します。

磁性ゲルに加えて、 3Dプリンティング／アディティブ・マニュファクチャリングもソフトロボティクスの促進になるはずです。低速硬化のエラスティック・プラスチックは、既存の選択肢を超える義肢の優れたオプションを提供します。私たちは、ソフトロボティクスと3Dプリンティングという新興分野間のつながりが高まっていることについて、記事「Hands Like a Human: New Additive Manufacturing Helps Soft Robotics Go Real」で論じています。

また、3Dプリンティング業界全体については、記事「Top 10 Additive Manufacturing And 3D Printing Stock to Watch」で取り上げました。

ハードロボティクスからの脱却

現在、ロボットは静かに私たちの生活の重要な一部となっていますが、主に重く産業用ロボットアームの設計に限られています。近年では、ドローンや小型の配送・物流ロボットがさらに多くのタスクを担い、戦争においても重要性が高まっています。しかし、これらの設計は依然として油圧や重い金属ベースのシステムに依存しています。

出典: Unsplash

材料が硬すぎると、ロボットの適用範囲が制限されます。例えば、可動範囲が狭い、繊細な物体の取り扱いが困難などです。ロボティクスの機械的・金属的特性は、義肢や内部ナノロボットのような医療への実装においても大きな制約となっています。

ソフトロボット

「ソフトロボット」と呼ばれるものを開発するための取り組みが活発で、プラスチック、ポリマー、金属ワイヤー、その他柔軟な部品が使用されています。より柔らかい設計は、自然にインスパイアされた新しい概念をロボット構築に活かすことができるはずです。この点については、記事「How Robotics Can Take a Cue From Nature」で論じました。

しかし、これらのシステムはまだいくつかの制限があります：

電源に接続された状態でなければならない。
事前に決められた形状や動きに限定されがちである。
かなり重い。

出典: Youtube

これらの制限を取り除くアイデアとして、硬い金属部品の代わりに磁石を使用することが考えられます。これにより外部電源が不要になり、形状や動きの柔軟性と多様性が向上します。

しかし、金属製の磁石は依然として重く、ほとんどの場合、ある程度の毒性があるため、医療用途での有用性は非常に限られます。これは残念です。なぜなら、医療ニーズにおいてロボットが柔らかく脆弱な組織と相互作用することは、ソフトロボティクスの最も有望な応用の一つだからです。

しかし、物理法則で磁石は必ず金属でなければならないということはありません。磁性を持つことさえ条件であり、他の材料でも実現可能です――TEMPOマグネットのように。

ソフトまたは磁性ロボティクス株式

1. Stereotaxis

STXS 価格チャート

Stereotaxisは医療遠隔ロボティクスのリーダーです。そのGenesis RMN（Robotic Magnetic Navigation）システムは、磁場を利用して患者体内のカテーテルを誘導します。この技術は心臓手術やその他の血管内治療で特に使用されています。

この分野で利用可能なロボットは唯一で、腹腔鏡手術がIntuitive Surgical (ISRG ) （ISRG）に支配され、開腹手術ロボットはStryker（SYK – Makoロボット）やMedtronic（MDT – Mazorロボティクス）などが主導しています。これら2社と他社については、記事「Top 5 Robotic Surgery Stocks」で取り上げました。

この方法は、手動操作とオペレーターの力に依存する硬いカテーテルの必要性を排除し、患者に対する有害事象のリスクを低減します。

さらに、従来のカテーテル実装方法はX線を必要とし、特に手術を定期的に行う医療従事者に放射線被曝をもたらします。このことが医師や看護師のがんリスクを高めることは広く知られています。

出典: Stereoaxis

手動手順は高度なスキルを要し、高額なトレーニングが必要です。また、オペレーターとその経験に応じて成功率が変動します。

従来の方法と比較して、Stereotaxisのソリューションは合併症を72％削減し、放射線被曝を36％減少させます。

同社はすでに100以上の病院にシステムを導入し、10万人以上の患者を治療しています。

Stereotaxisはすでに手術に遠隔磁気ナビゲーションを使用しているため、同社が有機磁性ロボティクスの台頭を受け入れる好位置にあると言えるでしょう。そして、RMNロボットが病院での有機磁性ゲル技術の導入基盤となることが期待されます。

2. 3D Systems Corporation

DDD 価格チャート

3Dプリンティング業界のリーダーである同社は、2017年にUnited Therapeutics (UTHR ) （UTHR）との研究協力によりバイオプリンティングへ参入しました。また、2021年にバイオインクメーカーのAlleviaを買収し、2020年にはCollPlant Biotechnologies (CLGN ) （CLGN）との協業を発表しています。

この買収により、3D Systemsは生体材料印刷の分野で先行的な立場を得ました。現在、同社はAlleviバイオプリンターの3モデルを商業化しています。

出典: 3D Systems

3Dプリント医療機器や義肢の成長するメーカーであり、バイオプリンティングのリーダーでもある同社は、遠隔制御可能な有機磁性ゲルの新たな応用を模索することに関心を持つ可能性があると考えられます。

したがって、磁性ゲルを用いたソフトロボティクスが医療分野で拡大すれば、3D Systemsはこの医療革命の一翼を担い、これら新しい治療法に必要なツールを3Dプリントで支援するでしょう。

(私たちは、記事「Organs On Demand: Best 3D Bioprinting Stocks」でバイオプリンティング分野を詳細に探求しました。)

3. Desktop Metal, Inc.

Desktop Metalは、650件以上の特許、250種以上の材料、6,000社以上の顧客を有する大手3Dプリンティングリーダーです。その主要な焦点の一つは金属3Dプリンティングで、3Dプリンティング業界が長年追求してきた領域です。

同社はヘルスケア分野にも積極的で、ドイツのEnvisionTEC（歯科ケア技術を含む）を買収したことから始まります。また、主要な矯正歯科企業であるAlign Technology (ALGN ) との戦略的パートナーシップも結んでいます。

EnvisionTECとの統合により、Desktop MetalはDesktop Health 3Dプリンターの開発も進めました。このプリンターはフルセル／臓器プリンターというより、スキャフォールド（足場）プリンターに近いです。とはいえ、バイオプリンティングが永久的にハイドロゲルや他のポリマーを足場として必要とする場合、Desktop Healthにとって大きな技術的優位性となります。