發(fā)布日期：2018-01-18
圖丨機(jī)器人研究人員經(jīng)常選擇豬來(lái)測(cè)試各種可能降低手術(shù)創(chuàng)傷的植入物
在如今這個(gè)科技發(fā)展日新月異的世界，時(shí)不時(shí)地就會(huì)出現(xiàn)一例聽起來(lái)十分科幻的研究成果。這不，一篇在《Science Robotics》學(xué)刊上發(fā)表的論文就屬于這個(gè)范圍：成功在活體里工作的細(xì)胞再生機(jī)器人。
不過，大家先不要陷入“成群的納米機(jī)器人在血液里流竄”這樣的想象，因?yàn)槟遣攀钦嬲目苹谩＿@次的研究成果在視覺上并沒有電影中那么炫酷，但是在科學(xué)成就上，它卻十分的驚人。
此項(xiàng)研究成功是由美國(guó)波士頓兒童醫(yī)院的 Dana Damian 所帶領(lǐng)的一隊(duì)多國(guó)研究人員做出的。在論文中，研究人員表示他們創(chuàng)造了一款“可以通過施展計(jì)算機(jī)控制的牽引力，促使食道和腸子等管狀器官生長(zhǎng)”的機(jī)器人植入物。
在外科手術(shù)上，修復(fù)體內(nèi)管狀結(jié)構(gòu)有著極大的難度。而由于絕大多數(shù)的生物體內(nèi)都含有大量的管狀結(jié)構(gòu)，這一直是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一大研究方向。
現(xiàn)有的辦法，比如器官移植不但價(jià)格昂貴，風(fēng)險(xiǎn)也很大。而長(zhǎng)距離食管閉鎖等外科手術(shù)手段則需要患者被麻醉數(shù)周的時(shí)間，因?yàn)槊恳欢问车蓝夹枰惠p輕的拉伸連接起來(lái)。
相比之下，用來(lái)實(shí)驗(yàn) Damian 團(tuán)隊(duì)的機(jī)器人植入物的豬不但活的好好的，當(dāng)植入物被植入進(jìn)它們的食道時(shí)，它們甚至還是清醒的。
這個(gè)機(jī)器人植入物為何如此神奇？答案可能讓你大吃一驚，它所使用的原理并不復(fù)雜，早在 1930 年就被人發(fā)現(xiàn)，并常用于培養(yǎng)細(xì)菌群。它就是機(jī)械刺激（mechanostimulation），通過機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)刺激細(xì)胞，提高細(xì)胞生長(zhǎng)、傷口恢復(fù)的速度。
但是一直以來(lái)，產(chǎn)生機(jī)械刺激所需要的設(shè)備因?yàn)轶w積原因，并不適合植入人體。多虧了近幾年微電子領(lǐng)域的發(fā)展，我們終于可以生產(chǎn)出足夠小的機(jī)械裝置來(lái)刺激活體內(nèi)部的細(xì)胞了。
與現(xiàn)有手段相比，此技術(shù)的優(yōu)勢(shì)不僅僅在于時(shí)間，而是在于通過滋生活體組織來(lái)避免許多嚴(yán)重的問題。由于現(xiàn)有的手段需要在數(shù)個(gè)小時(shí)或者數(shù)天之內(nèi)分段擴(kuò)展組織，會(huì)有家具纖維化 （fibrosis） 和不良神經(jīng)連接的風(fēng)險(xiǎn)。
在論文所描述的手術(shù)過程中，一個(gè)長(zhǎng)約 10 厘米的機(jī)器人植入物被醫(yī)生從外部連接上了食道，并通過 2 個(gè) O 型環(huán)被固定在了食道管狀的部分。這個(gè)包含了電機(jī)、傳感器以及各種電子元件的植入物的外部被一層生物相容的防水皮膚包裹著，通過一根數(shù)據(jù)線與體外的控制單元相連。在那兩個(gè) O 型環(huán)中間的部位就會(huì)受到機(jī)械刺激，加快細(xì)胞生長(zhǎng)的速度。
研究人員們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是非常成功的。在 9 天內(nèi)，實(shí)驗(yàn)體豬體內(nèi)兩個(gè) O 型環(huán)之間的食道的長(zhǎng)度被擴(kuò)展了 77%。而此結(jié)果不是來(lái)自于拉伸，而是通過刺激細(xì)胞自我生長(zhǎng)達(dá)到的。在這個(gè)過程中，食道的血流和功能性被完全保持了下來(lái)。
研究人員推測(cè)，如果進(jìn)一步升級(jí)此設(shè)備，讓它可以識(shí)別吃東西時(shí)食道肌肉的收縮和放松，它甚至可以讓患者在修復(fù)的過程中也可以吃飯。
看到這，你是不是有點(diǎn)可惜呢？現(xiàn)實(shí)并沒有科幻作品中可以修復(fù)各種傷病的納米機(jī)器蜂群那么高大上。但是這款拉長(zhǎng)管狀器官的機(jī)器人可能離那些機(jī)器人比我們想象中的還要近。
因?yàn)檠芯咳藛T指出：“除了它們?cè)谄鞴偕L(zhǎng)方面的用途，機(jī)器人植入也代表了醫(yī)用機(jī)器人的一個(gè)新研究方向。這些仿生系統(tǒng)可以幫助提供正常的身體功能，不論是在身體修復(fù)之前的暫時(shí)性，還是永久性的。”
“傳感器和致動(dòng)器的微型化，加上無(wú)線通信、能源傳輸、能源收集等技術(shù)的發(fā)展，很有可能讓我們創(chuàng)造出超越科幻作品中的設(shè)備。”
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