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. 

Med robotteknologi som gir bekvemmelighet og forbedret sikkerhet, samt integrering av kunstig intelligens og maskinlæring som muliggjør mer avanserte robotfunksjoner, er det ikke overraskende at det globale robotmarkedet forventes å overstige $200 milliarder innen slutten av dette tiåret. 

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.

Dermed har det totale antallet operative roboter nå nådd et nytt høydepunkt på rundt 4,3 millioner enheter på verdensbasis, med Asia som leder denne veksten med 70 %, etterfulgt av Europa med 17 % og deretter Amerika med 10 %. Når det gjelder robotproduksjon, ligger Japan i front med en markedsandel på 46 %.

Ifølge International Federation of Robotics (IFR) vil veksten i robotikk akselerere i 2025 og fortsette i dette tempoet i årene som kommer.

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

Selv om roboter brukes på tvers av bransjer, er det én sektor hvor de har en langt større og mer positiv innvirkning, og det er medisin. Det globale markedet for medisinske robotsystemer vokser raskt, og det anslås at størrelsen vil øke fra $16 milliarder i 2024 til $33,8 milliarder i 2029.

Roboter brukes i alle områder av helsevesenet, fra å levere medisiner og bistå i rehabilitering til å hjelpe med diagnostikk, kirurgi og legemiddellevering.

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

Disse autonome mobile robotene forenkler rutineoppgaver for helsepersonell ved å redusere de fysiske kravene til menneskelige arbeidere og håndtere bemanningsmangel. De holder også oversikt over lagerbeholdning og sørger for at alle forsyninger alltid er på lager når de trengs, i tillegg til å sanitere rom og gjøre dem klare for pasienter.

Ved å ta på seg alle disse rutineoppgavene, gjør autonome mobile roboter at medisinsk personale kan fokusere på pasientene og deres spesifikke behov som teknologien ikke kan dekke. Robotten kalt Tug fra Aethon er et slikt eksempel som har evnen til å bevege seg gjennom utfordrende forhold for å levere trygt der og når det trengs.

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.

Ifølge CDC har omtrent én av 31 sykehuspasienter minst én helserelatert infeksjon på en gitt dag. Dette skyldes sykehusenes manglende evne til å desinfisere rom fullstendig. For å hjelpe med å løse slike problemer, bygges automatiserte roboter som den FDA‑godkjente Xenex, som bruker pulserende UV‑stråler for å sterilisere sykehusrom på bare minutter. 

Teknologisk innovasjon har også ført til avanserte kirurgiassistent‑roboter som hjelper kirurger med å oppnå høyere hastighet og større nøyaktighet ved komplekse operasjoner. 

En flerarmet wonderbot kalt da Vinci Surgical System er en slik robot som brukes for å gjøre kirurgi mindre invasiv, redusere kirurgiske feil og gi forbedret kontroll. Cyberknife er en annen som behandler kreft ved å levere strålebehandling til svulster med ekstrem presisjon. 

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 

Drevet av teknologiske fremskritt og det økende behovet for automatisering i legemiddelforskning og pasientbehandling, gjør roboter legemiddellevering mer effektiv og presis, og forbedrer pasientpleien.

Selskaper utvikler mikro- og nanoroboter som beveger seg selvstendig for å levere legemidler til vanskelig tilgjengelige områder, drevet av kjemiske reaksjoner eller eksterne kilder som lys, elektriske felt eller magnetiske felt. Ved å målrette sykdomsområder forbedrer disse robotene terapeutisk effekt og reduserer bivirkninger.

For noen år siden utviklet et forskerteam MANiACs, som er små tumlende roboter med magnetiske nanorør innkapslet i et mykt sfærisk skall. I 2022 bygde en maskiningeniør ved Stanford multifunksjonelle trådløse roboter for det samme. 

For bare noen måneder siden utviklet forskere ved NTU Singapore kornstore myke roboter for målrettet legemiddellevering. Robotten, som er laget med magnetiske mikropartikler og styres ved hjelp av magnetiske felt, kan transportere opptil fire forskjellige legemidler og frigjøre dem i programmerbare doser og rekkefølger.

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.

Inspirert av en sci‑fi‑film fra 1960‑tallet, ‘Fantastic Voyage’, der en besetning krympet til cellestørrelse for å reparere skade i en forskers hjerne, bringer forskningen fantasi til virkeligheten.  

Den svært smidige roboten, da den ble testet i laboratorieeksperimenter, beveget seg med hastigheter mellom 0,30 mm og 16,5 mm per sekund, leverte legemidler vellykket i mer utfordrende miljøer, og selv etter åtte timers kontinuerlig bevegelse viste den minimal legemiddellekkasje.

NTU‑teamet ser nå på å gjøre disse robotene enda mindre, slik at de til slutt kan brukes til å behandle blærekreft, hjernesvulster og tykktarmskreft.

Microbots: Tiny Robots That Revolutionize Precision Medicine

Mikroroboter bruker miniaturiserte sensorer og aktuatorer for å utføre handlinger de er programmert til. Deres mikronstørrelse gjør dem enkle å bruke i miljøer som tradisjonelt har vært for komplekse og vanskelige å nå. Denne evnen gjør robotene uvurderlige for minimalt invasiv kirurgi, sykdomsdiagnostikk, avgiftning og presisjonslegemiddellevering.

Imidlertid er de ikke uten utfordringer når det gjelder deres effektivitet og lokalisering gjennom dyp vev.

Et annet stort problem er at de har vist seg å være mer show enn substans. Over de siste to tiårene har flere versjoner av mikro‑ eller nanoroboter blitt lansert, men så langt har deres anvendelser i levende systemer vært ganske begrenset. Så er det faktum at å flytte objekter med høy presisjon i komplekse bio‑væsker som spytt, urin og blod også er ganske komplisert. 

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

I tillegg, når man designer disse mikrorobotene, oppstår spørsmålet om de skal være tilknyttet eller frittgående. For at en frittgående mikrorobot skal fungere effektivt i menneskekroppen, må den ha jevn fremdrift gjennom biofluider, høy lastekapasitet, høy biokompatibilitet for å unngå kirurgisk fjerning, forbedret bildediagnostikk for sanntidsvisualisering og presis målretting.

Her viser akustisk aktiverte roboter betydelig potensial på grunn av fordelene med dypvevspenetrasjon, ikke‑invasiv drift, rask respons, kraftige fremdriftskrefter og sikkerhet.

Så introduserte forskere fra Caltech BAM — en hydrogelbasert, bildestyrt, bioresorbabel akustisk mikrorobot som kan navigere i menneskekroppen med høy stabilitet. BAM er ikke en metallhumanoid eller bio‑mimetisk robot, den er en liten boblelignende kule.

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:

“Vi har designet en enkelt plattform som kan løse alle disse problemene.”

I deres forskning bemerket forskerne at da de ble testet, hjalp robotene teamet med å levere terapeutika som reduserte størrelsen på blæretumorer hos mus. 

“I stedet for å sette et legemiddel inn i kroppen og la det spre seg overalt, kan vi nå lede mikrorobotene direkte til et tumorsted og frigjøre legemidlet på en kontrollert og effektiv måte.”

– Gao

Etter hvert som BAM‑teknologien utvikler seg, forventer studien at enheten vil ha en betydelig innvirkning på helsevesenet og pasientbehandlingen.

Design og utvikling av BAM

Den nye mikroroboten, som har sfæriske mikrostrukturer, er laget av en hydrogel kalt poly(ethylene glycol) diacrylat. Hydrogel starter i flytende eller harpiksform, men når polymernettet i den blir kryssbundet, blir den fast.

En slik sammensetning og mikrostruktur gjør at hydrogeler kan beholde store mengder væske, noe som hjelper teamet med å løse problemet med robotenes biokompatibilitet. Samtidig gjør additiv produksjon mulig for den ytre kulen å frakte den terapeutiske lasten til et målsted i kroppen.

Mikrostrukturene og hydrogeloppskriften ble laget med hjelp fra Julia R. Greer, med‑korresponderende forfatter, samt Ruben F. og Donna Mettler, professor i materialvitenskap, mekanikk og medisinsk ingeniørfag.

For dette benyttet gruppen hennes to‑fotons polymerisasjon (TPP) litografi. I denne 3D‑utskriftsteknikken brukes en laser til å lage komplekse strukturer. Her brukes ultrarask pulser av infrarød laserlys til selektivt å kryssbinde fotosensitive polymerer i henhold til et spesifikt design.

TPP‑litografien bygger i hovedsak en høyoppløselig struktur lag for lag, noe som gjør at teamet kan oppnå komplekse former og høy presisjon. Gruppen klarte å skrive (printe) mikrostrukturer som er omtrent 30 mikron i diameter, det samme som et menneskehår.

Når man snakker om kuleformen på strukturen, bemerket Greer at den er “svært komplisert å skrive” og krever kunnskap om “visse finesser i faget for å hindre at kulene kollapser på seg selv”, så det er en stor prestasjon at teamet klarte å lage dem.

“Vi klarte ikke bare å syntetisere harpiksen som inneholder all biofunksjonalisering og alle medisinsk nødvendige elementer, men vi klarte også å skrive dem i en presis sfærisk form med nødvendig hulrom.”

– Greer

Dette er den indre strukturen av kulen, og når det gjelder den ytre strukturen, vil mikrorobotene innlemme magnetiske nanopartikler og det terapeutiske legemidlet i sin endelige form.

De magnetiske nanopartiklene gjør det mulig for forskerne å kontrollere robotene og lede dem til ønsket sted ved hjelp av et eksternt magnetfelt. Når de endelig når målet, forblir robotene på den posisjonen, og legemidlet spres passivt.

Når det gjelder mikrostrukturens ytre, designet teamet den også til å være hydrofil, noe som betyr at den tiltrekkes av vann. Dette sikrer at de enkelte robotene ikke klistrer seg sammen når de beveger seg gjennom kroppen.

I motsetning til mikrorobotens ytre overflate er den indre overflaten ikke hydrofil, men snarere hydrofobisk fordi den må fange en luftboble, som er lett å løse opp.

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

Denne modifiseringen involverte to trinn; det første trinnet besto av å feste langkjedede karbonmolekyler til hydrogel, noe som effektivt gjorde den hydrofobisk. I det andre trinnet bruker forskerne oksygen‑plasmasjons‑eteknikk for å fjerne karbonstrukturene fra utsiden, slik at den blir hydrofil.

De kaller sin kjemiske modifisering “en av nøkkelinnovasjonene i dette prosjektet,” og Gao uttalte at den asymmetriske overflatemodifiseringen virkelig gjorde det mulig for dem “å bruke mange roboter og fortsatt fange bobler i en forlengt tidsperiode i biofluider, som urin eller serum”.

Ifølge teamets demonstrasjon gjorde denne teknikken at bobler varte i flere dager i stedet for noen få minutter ellers.

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.

Teamet testet deretter mikrorobotene som et legemiddelleveringsverktøy i mus med blæretumorer. I løpet av 22 dager ble fire leveranser av terapeutika gjort med hjelp av mikroroboter. Disse leveransene viste seg å være mer vellykkede i å redusere tumorstørrelsen enn de som ikke benyttet roboter. Ifølge Gao:

“Vi tror dette er en svært lovende plattform for legemiddellevering og presisjonskirurgi. Når vi ser fremover, kan vi vurdere å bruke denne roboten som en plattform for å levere ulike typer terapeutiske laster eller midler for forskjellige tilstander. På lang sikt håper vi å teste dette på mennesker.”

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

Investeringsverdig selskap i medisinsk robotikk 

La oss nå se på et fremtredende selskap i dette området:

Intuitive Surgical

Dette selskapet med en markedsverdi på $186,6 milliarder er kjent for å utvikle, produsere og markedsføre da Vinci kirurgisystemet og Ion endoluminale system. Intuitive Surgical (ISRG ) sine produkter og tjenester muliggjør forbedrede pasientresultater.

På tidspunktet for skrivingen handles aksjene til $517, opp 55,3 % år‑til‑dato, med en EPS (TTM) på 6,2 og en P/E (TTM) på 84,22. For Q3 2024 rapporterte selskapet $2,04 milliarder i inntekter, en økning på 17 % fra samme kvartal året før.

I løpet av denne perioden økte de globale da Vinci‑prosedyrene med omtrent 18 % sammenlignet med 3Q23, og installasjonsbasen vokste til 9 539 systemer, med Intuitive Surgical som plasserte 379 slike systemer. Selskapet fikk også regulatorisk godkjenning for systemet i Sør‑Korea.

Konklusjon

Robotikk får mye oppmerksomhet over hele verden og på tvers av bransjer. Etterspørselen etter roboter i helsevesenet er spesielt sterk og økende takket være deres evne til å effektivisere kliniske arbeidsflyter, bistå i kirurgi, redusere infeksjonsrisikoen og tilby et tryggere miljø og høy‑kvalitets pasientbehandling.

Den nyeste forskningen på nanoroboter, som vi bemerket i dag, viser et medisinsk gjennombrudd som kan endre helsevesenet ved å behandle tilstander som ikke bare er vanskelige, men kan til og med være umulige. Dette baner definitivt vei for forbedrede terapier og en sunnere fremtid.

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