مفهوم انتزاعی فناوری
تصور میشود چنین پیشرفتی موجب بهبود کارایی پزشکی بازساختی نظیر تحول سلولهای بنیادین شود.
دانشمندان با ایجاد یک روش تولید انبوه میکرو رباتهای زیستتخریبپذیر، سبب حلالیت داروها درون سلولها شود.
پروفسور چوی و گروهش در دپارتمان مهندسی رباتیک و مکاترونیک در موسسه علم و فناوری تولید کردند که بیش از 100 میکرو ربات در دقیقه ایجاد میکند و توانایی متلاشی شدن در بدن را دارد. همچنین سونگ وون کیم و همکارانش در بیمارستان سنت مری سئول، دانشگاه کاتولیک کره و پروفسور جی نسلون و همکارانش در زوریخ نیز به این توانایی دست یافتند.
جهت ساخت میکرو رباتها با هدف درمان دقیق، مؤثر، هدفمند و کم تهاجمی بیماریها روشهای زیادی موجود است. یکی از رایجترین این روشها، فرایند چاپ سهبعدی بسیار ظریف است که معروف به روش پلیمریزاسیون دو فوتونی است، که از طریق تقاطع دو لیزر با یکدیگر، موجب پلیمر شدن رزینهای مصنوعی میشود.
ساختاریهای با دقت نانومتری با استفاده از این تکنیک ایجاد میشوند. اما در این روش اشکالی نیز وجود دارد آن هم صرف زمان زیاد برای ساخت یک میکرو ربات است، چرا که وکسل ها و پیکسلهای بهدستآمده از چاپ سهبعدی، باید بهطور متوالی تحت درمان قرار گیرند. بهعلاوه، نانو ذرات مغناطیسی موجود در ربات هنگام انجام فرایند پلیمریزاسیون دو فوتون ممکن است سبب انسداد مسیر نور شود. هنگامیکه از غلظت بالای نانو ذرات استفاده میکنیم، ممکن است نتیجه یکنواختی به دست نیاوریم.
میکرو ربات بهکاررفته در سلولهای بنیادی
برای شناسایی سلولهای متصل به سطح میکرو ربات از فرایند بیستوچهارساعته اتصال سلولهای بنیادی به سطح میکرو ربات و رنگآمیزی سلول استفاده میشود.
جهت رفع محدودیتهای فعلی در تولید میکرو ربات، گروه پژوهشی پروفسور هونگسو چوی، برای ایجاد میکرو رباتهایی با سرعتبالای 100 دقیقه روشی را ابداع کردند که سبب ایجاد مخلوطی از نانو ذرات مغناطیسی و متاکریلات ژلاتینی زیستتخریبپذیر میشود که توانایی درمان با نور را دارد. این فرایند در مقایسه با رویکرد پلیمریزاسیون دو فوتونی، با سرعت بیش از 10000 برابر ریز رباتهایی را بر روی تراشه میکرو سیال ایجاد میکند.
سپس برای القای چسبندگی سلولهای بنیادی به سطح میکرو ربات، به کشت سلولهای بنیادی جمع آموری شده از شاخک بینی انسان میپردازیم. بهاینترتیب، یک سلول بنیادی حملکننده میکرو ربات که حاوی نانو ذرات مغناطیسی درون و بیرون سلولهای بنیادی است، ساخته میشود. سپس با پاسخ نانو ذرات مغناطیسی درون ربات به میدان مغناطیسی خارجی، ربات توانایی انتقال به موقعیت موردنظر را دارد.
کار دشوار در این زمینه، تحویل سلول انتخابی درزمینه درمان با سلولهای بنیادی موجود بود. هرچند با کنترل میدان مغناطیسی تولیدشده از سیستم کنترل میدان الکترومغناطیسی، میتوانیم سبب حرکت میکرو ربات حامل سلول بنیادی به مکان موردنظر باشیم. گروه پژوهشی آزمایشی را برای ارزیابی اینکه آیا میکرو ربات حاوی سلول بنیادی توانایی حرکت از یک میکرو کانال پرپیچوخم را دارد تا به منطقه موردنظر برسد یا خیر، ترتیب داد.
بهعلاوه، از طریق انکوبه کردن سلول بنیادی حاوی میکرو ربات با یک آنزیم تجزیهکننده، به ارزیابی تجزیهپذیری میکرو ربات پرداختیم. میکرو ربات پس از گذشت 6 ساعت از انکوباسیون، بهطور کامل از بین رفت و میدان مغناطیسی تولیدشده، نانو ذرات مغناطیسی درون ربات را جمعآوری کردند. درنهایت در محلی که میکرو ربات متلاشی شد، سلولهای بنیادی به تکثیر پرداختند. درنهایت برای طبیعی سازی، سلولهای بنیادی به سلولهای عصبی القا شدند. پس از گذشت تقریباً 21 روز، سلولهای بنیادی به سلولهای عصبی تبدیل شدند. انجام این آزمایش، تحویل سلولهای بنیادی بهوسیله میکرو ربات به مکان موردنظر را تائید کرد، همچنین نشان داده شد که سلولهای بنیادی تحویل دادهشده میتوانند پس از تکثیر و تمایز، عملکرد یک مؤلفه درمانی دقیق و هدفمند را داشته باشند.
بهعلاوه، گروه پژوهشی این سؤال را که آیا سلولهای بنیادی تحویل دادهشده، ویژگیهای فیزیولوژیکی و الکتریکی طبیعی را دارند یا خیر، تائید کرد. آخرین هدف این پژوهش کسب اطمینان از نقش سلولهای بنیادی تحویل دادهشده در حالتی است که ارتباط میان سلولهای عصبی قطعشده باشد. جهت انجام این آزمایش، از جنین موش که بهطور پایدار سیگنالهای الکتریکی را ساطع میکند، نورونهای هیپوکامپ استخراج شد. پس از اتصال سلول مربوطه به سطح میکرو ربات، بر روی یک تراشه الکترودی بهاندازه میکرو، کشت داده شد و پس از گذشت 28 روز، از نورونهای هیپوکامپ، سیگنالهای الکتریکی ساطع شد. لذا مشخص شد که میکرو رباتها، نقش خود را تحت عنوان یک پلتفرم تحویلی بهخوبی انجام میدهند.
پروفسور هونگسو چوی بیان کرد: «انتظار ما این است که فناوریهایی نظیر تولید انبوه رباتها، عملکرد دقیق میدان الکترومغناطیسی، تحویل و تمایز سلولهای بنیادی و کارایی درمان هدفمند و دقیق که از طریق این پژوهش توسعهیافته است، در سالهای آتی پیشرفت چشمگیری داشته باشد.»