Målrettet legemiddelfrigivelse nærmer seg realisering med de nyeste boble‑robotene

Robotikk blir stadig mer populært for hvert år som går, ettersom etterspørselen etter effektive og kostnadseffektive løsninger øker. 

Robotteknologi kan automatisere oppgaver, men nytte, kostnader og sikkerhet varierer med bruken. En markedsprognose fra artikkelen anslo at det samlede markedet kunne overstige 200 milliarder dollar innen 2030. Dette er et estimat, ikke allerede realisert omsetning.

Et annet bevis på robotikkens økende bruk er den globale installasjonen av industrielle roboter, som nådde 541 302 i 2023, den nest høyeste årlige installasjonen i historien. Rekorden ble satt året før, da 552 946 enheter ble installert.

IFR oppga rundt 4,3 millioner industriroboter i drift ved utgangen av 2023. Asia stod for om lag 70% av nye installasjoner, Europa 17% og Amerika 10%. Disse andelene gjelder nye installasjoner, ikke vekst i hele robotmarkedet eller andelen av den globale robotbestanden.

I 2024 ventet IFR en mulig ny oppgang fra 2025. Det var en prognose, ikke en garanti for jevn vekst i årene som fulgte.

Når det gjelder bransjene som driver robotikkens massive ekspansjon, er bilindustrien i front, med elektronikk, metall og maskineri, avfallshåndtering, landbruk, detaljhandel, bygg og matservice som andre sektorer som bruker roboter.

Roboter i helsevesenet

Medisin er et viktig bruksområde for roboter, men det er ikke grunnlag for å rangere virkningen som entydig større eller mer positiv enn i alle andre sektorer. Anslaget på vekst fra 16 til 33,8 milliarder dollar mellom 2024 og 2029 er en markedsprognose.

Bruksområdene spenner fra transport av utstyr og rehabilitering til kirurgisk assistanse. Mikroroboter som leverer legemidler inne i kroppen, er derimot i stor grad eksperimentelle.

For eksempel brukes robotarmer til blanding, dosering, telling og inspeksjon, mens programmerte forsyningsroboter brukes til å levere varer til spesifikke steder.

Mobile roboter kan redusere transportarbeid og støtte lagerstyring. Rengjøring og desinfeksjon utføres av særskilte systemer; én robot gjør ikke nødvendigvis alt, og teknologien garanterer ikke at forsyninger alltid finnes.

Transportroboter som Aethons TUG kan frigjøre tid til andre oppgaver. De må tilpasses sykehusets logistikk og sikkerhetsrutiner og erstatter ikke alt personalets arbeid.

Disse robotene bidrar også til å skape et trygt arbeidsmiljø ved å håndtere oppgaver som rengjøring, desinfeksjon og transport av forsyninger til sykehus og områder med risiko for patogeneksponering.

CDC har anslått at omtrent én av 31 sykehuspasienter har en helsetjenesteassosiert infeksjon på en gitt dag. Slike infeksjoner har flere årsaker og skyldes ikke bare romrenhold. UV-systemer som Xenex LightStrike kan supplere rengjøring og redusere mikroorganismer på eksponerte flater; dette er ikke en garanti for full sterilisering av hele rommet.

Kirurgiske robotsystemer kan gi kirurgen presis instrumentkontroll. Hvilke fordeler pasienten oppnår, avhenger av inngrep, opplæring og sammenligningsmetode.

Da Vinci er et kirurgstyrt system for blant annet minimalt invasiv kirurgi, ikke en autonom kirurg eller en garanti mot feil. CyberKnife er et separat system for presis strålebehandling.

Deretter finnes det farmasøytiske roboter, som får stor oppmerksomhet på grunn av den aldrende befolkningen og personer med kroniske sykdommer som krever kontinuerlig medisinering og presis behandling. Ved å automatisere kritiske prosesser som vanligvis utføres manuelt og er tidkrevende, bidrar farmasøytiske roboter ytterligere til å forbedre kvalitet og presisjon.

Roboter for legemiddellevering 

Roboter brukes i noen deler av legemiddelhåndteringen. Målrettet transport med mikroroboter inne i kroppen er et forskningsfelt der effekt og sikkerhet må dokumenteres før klinisk bruk.

Forskere utvikler små roboter som drives av kjemiske reaksjoner eller ytre energi, som magnetfelt og ultralyd. Målet er mer målrettet behandling, men færre bivirkninger og bedre pasientresultater er ikke generelt bevist for disse prototypene.

Tidligere forskningsprosjekter omfatter magnetisk styrte, rullende roboter kalt MANiACs og trådløse myke roboter fra Stanford. De ulike konstruksjonene bør ikke blandes sammen eller fremstilles som etablert behandling.

I 2024 beskrev NTU Singapore små myke roboter med magnetiske partikler som kunne bære og frigjøre opptil fire forskjellige stoffer i en styrt rekkefølge i laboratoriet. Det var ikke en klinisk demonstrasjon av behandling i mennesker.

Denne forskningen ble bygget på teamets tidligere arbeid som involverte magnetisk kontrollerte miniatyrroboter som kan gripe små objekter og svømme gjennom trange rom, blant andre komplekse bevegelser.

Slike ideer minner om science fiction-filmen Fantastic Voyage fra 1966. De faktiske robotene krymper imidlertid ikke mennesker og har langt mer avgrensede funksjoner enn filmen viser.

NTU-forsøkene omfattet bevegelse og kontrollert stofftransport i laboratoriemiljøer, med rapporterte hastigheter fra 0,30 til 16,5 mm per sekund. Lav lekkasje etter åtte timers bevegelse i forsøket er ikke dokumentasjon for langvarig klinisk sikkerhet.

Forskerne ønsket å videreutvikle robotene for mulige medisinske bruksområder. Behandling av blære-, hjerne- eller tykktarmskreft med denne prototypen var ikke etablert.

Mikroroboter og forskning på målrettet behandling

Mikroroboter kan utformes for små og vanskelig tilgjengelige miljøer. Ikke alle har egne sensorer eller elektroniske aktuatorer; noen styres helt av ytre felt. Mulig bruk i diagnostikk, kirurgi og legemiddeltransport krever særskilt dokumentasjon.

Samtidig gjenstår utfordringer knyttet til effekt og lokalisering i dyptliggende vev.

Det er fortsatt et stort gap mellom laboratorieprototyper og kliniske produkter. Biologiske væsker, vev og kroppens reaksjoner gjør presis styring vanskelig, men det betyr ikke at forskningen bare er en oppvisning uten verdi.

Andre utfordringer for nanoroboter er å oppdage dem i kroppen i sanntid og oppnå presis fjernstyring for målrettet behandling.

En viktig forskjell er om roboten er koblet til et instrument eller beveger seg fritt. For fri bevegelse må forskerne undersøke fremdrift, last, styring, avbildning og hva som skjer med materialet etterpå. Biokompatibilitet alene garanterer ikke at fjerning er unødvendig.

Ultralyd kan både drive og avbilde enkelte mikroroboter og kan nå dypere enn synlig lys i vev. Sikkerheten avhenger likevel av blant annet intensitet, varighet og bruksområde.

I desember 2024 presenterte en Caltech-ledet gruppe bioresorberbare akustiske mikroroboter (BAM). De små hydrogelstrukturene fanger en boble og ble undersøkt i laboratoriet og i mus, ikke som en ferdig behandling som allerede navigerer i menneskekroppen.

Ifølge med‑korresponderende forfatter av artikkelen om robotene, Wei Gao, som er professor i medisinsk ingeniørfag ved Caltech og forsker ved Heritage Medical Research Institute:

Gao beskrev målet som en samlet plattform for fremdrift, avbildning, legemiddeltransport og nedbrytning. Dette var forskerens vurdering av prototypen, ikke en bekreftelse på at alle kliniske utfordringer var løst.

I deres forskning beskrev de forsøk der legemiddelbærende roboter bidro til mindre blæresvulster hos mus sammenlignet med den undersøkte kontrollbehandlingen. Resultatet dokumenterer ikke effekt hos mennesker.

Gao fremhevet at styring mot et målsted kunne gjøre transporten mer lokal enn når et stoff bare får spre seg. Den faktiske fordelingen, frigjøringen og sikkerheten må fortsatt vurderes i relevante forsøk.

– Gao

BAM er en tidlig forskningsplattform. Betydningen for pasientbehandling avhenger av videre undersøkelser, fremstilling, sikkerhetsvurdering og eventuell regulatorisk godkjenning.

Design og utvikling av BAM

Strukturen er laget av en hydrogel basert på poly(etylenglykol)diakrylat. Et lysfølsomt materiale kryssbindes under fremstillingen for å danne den formede polymerstrukturen.

Hydrogelen kan holde på væske og utformes for nedbrytning. Materialvalget inngår i arbeidet med biokompatibilitet, men beviser ikke at enhver dose eller bruk er ufarlig.

Julia R. Greer var medkorresponderende forfatter og innehaver av Ruben F. og Donna Mettlers professorat i materialvitenskap, mekanikk og medisinsk ingeniørfag. Ruben F. og Donna Mettler var ikke to ekstra forskere i teamet.

Gruppen brukte tofotonpolymerisering, en form for høyoppløselig 3D-fremstilling der korte laserpulser kryssbinder lysfølsomt materiale i utvalgte punkter.

Metoden gjorde det mulig å lage hule strukturer rundt 30 mikrometer i diameter. Det er mindre enn diameteren på mange menneskehår, som varierer betydelig, ikke en fast universell hårtykkelse.

Greer beskrev den hule kuleformen som krevende å fremstille uten at strukturen kollapset. Geometri og materialblanding måtte tilpasses produksjonsmetoden.

Gruppen utviklet både materialblandingen og en fremstillingsprosess som kunne lage den hule geometrien. Det viste at prototypen kunne produseres, ikke at et klinisk produkt var ferdig.

– Greer

Hydrogelrobotene inneholder magnetiske nanopartikler for styring og kan bære et terapeutisk stoff. Boblen inne i hulrommet brukes til akustisk fremdrift og avbildning.

Et eksternt magnetfelt bidrar til retning og styring, mens ultralyd driver bevegelsen. Når robotene når det aktuelle området, kan legemiddelet frigjøres fra materialet. Det er ikke dokumentert at de alltid blir stående nøyaktig samme sted i enhver kropp.

Yttersiden ble gjort hydrofil, altså vannvennlig, for å redusere sammenklumping. Det minsker en utfordring, men garanterer ikke fullstendig fravær av aggregater under alle forhold.

Innsiden er vannavstøtende for å holde på boblen. Uten passende overflatekjemi kan gassbobler raskt løses opp i væsken.

For å bygge en hybrid mikrorobot der utsiden tiltrekker vann mens innsiden frastøter vann, designet teamet en kjemisk modifisering.

Først ble langkjedede karbonholdige grupper festet til materialet for å gjøre overflaten vannavstøtende. Deretter ble utsiden behandlet med oksygenplasma, slik at den ytre overflaten ble vannvennlig mens innsiden beholdt den andre egenskapen.

Forskerne fremhevet denne asymmetriske overflatebehandlingen som viktig for å holde på bobler i biologiske væsker og samtidig begrense sammenklumping.

I de undersøkte væskene og forsøksbetingelsene kunne boblene bestå i flere dager. Dette er ikke en generell holdbarhetsgaranti i alle kroppsmiljøer.

Nå, hvorfor trenger vi egentlig å fange disse boblene? Vel, fangede bobler er nødvendige for å bevege robotene og for å holde oversikt over dem med sanntidsavbildning.

For å gjøre det mulig for mikroroboten å bevege seg fremover, har forskerne en kule med to sylindrisk‑lignende åpninger. Teamet fant at to åpninger tillot robotene å bevege seg i ulike biofluider med høyere hastighet enn en enkelt åpning.

Når de utsettes for et ultralydfelt, vibrerer boblene i roboten, noe som får væsken rundt den til å strømme bort, og driver roboten gjennom væsken.

Boblen, som er fanget i hver mikrostruktur, fungerer som et utmerket kontrastmiddel for ultralydavbildning, og gjør det mulig å overvåke robotene i sanntid in vivo.

I museforsøket med blæresvulster ble det gitt fire behandlinger gjennom en 22-dagers periode. Robotassistert levering reduserte svulststørrelsen mer enn de aktuelle kontrollene. Resultatet er preklinisk og viser ikke kur eller dokumentert effekt i mennesker.

Forskerne ser for seg videre studier med ulike terapeutiske laster. Eventuell utprøving i mennesker var et langsiktig mål, ikke en del av resultatet fra 2024.

Klikk her for å lære mer om klebrig metall som kan ha omfattende anvendelse i robotikk.

Et børsnotert selskap innen kirurgisk robotikk

Intuitive Surgical er et eksempel fra kirurgisk robotikk. Det er et annet felt enn de eksperimentelle BAM-robotene, og artikkelen dokumenterer ikke at selskapet kommersialiserer dem.

Intuitive Surgical

Intuitive Surgical (ISRG ) utvikler blant annet da Vinci-systemer for kirurgi og Ion for bronkoskopi. Bruksområder og pasientresultater avhenger av systemet, prosedyren og den kliniske vurderingen.

Tallene fra artikkelen i 2024 var en markedsverdi rundt 186,6 milliarder dollar, aksjekurs 517 dollar, oppgang fra årets start 55,3%, EPS for siste tolv måneder 6,2 og P/E 84,22. Dette er historiske markedsdata. I tredje kvartal 2024 rapporterte selskapet 2,04 milliarder dollar i omsetning, 17% mer enn året før.

I tredje kvartal 2024 økte antallet da Vinci-prosedyrer globalt med omtrent 18% fra året før. Selskapet plasserte 379 systemer, og den installerte basen nådde 9 539. Det rapporterte også godkjenning for da Vinci 5 i Sør-Korea, ikke en generell ny godkjenning av alle sine systemer.

Konklusjon

Robotikk kan støtte transport, kirurgi og andre arbeidsoppgaver i helsevesenet. Effekten på arbeidsflyt, infeksjoner og behandlingsresultater må vurderes for hver teknologi og anvendelse.

BAM-studien fra 2024 viser en lovende preklinisk tilnærming til målrettet legemiddeltransport. Det gjenstår å undersøke om den kan gi en sikker og effektiv behandling for mennesker; den viser ikke allerede en kur for tilstander som tidligere var umulige å behandle.

Klikk her for en liste over de beste robotkirurgi‑aksjene.