这不是科幻!机器人成功帮猪修复受损的食道

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这不是科幻!机器人成功帮猪修复受损的食道
麻省理工科技评论 32天前 0

32天前

在外科手术上,修复体内管状结构有着极大的难度。
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在外科手术上,修复体内管状结构有着极大的难度。

在如今这个科技发展日新月异的世界,时不时地就会出现一例听起来十分科幻的研究成果。这不,一篇在《Science Robotics》学刊上发表的论文就属于这个范围:成功在活体里工作的细胞再生机器人。

不过,大家先不要陷入“成群的纳米机器人在血液里流窜”这样的想象,因为那才是真正的科幻。这次的研究成果在视觉上并没有电影中那么炫酷,但是在科学成就上,它却十分的惊人。此项研究成功是由美国波士顿儿童医院的 Dana Damian 所带领的一队多国研究人员做出的。在论文中,研究人员表示他们创造了一款“可以通过施展计算机控制的牵引力,促使食道和肠子等管状器官生长”的机器人植入物。

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图丨机器人研究人员经常选择猪来测试各种可能降低手术创伤的植入物

在外科手术上,修复体内管状结构有着极大的难度。而由于绝大多数的生物体内都含有大量的管状结构,这一直是医学领域的一大研究方向。现有的办法,比如器官移植不但价格昂贵,风险也很大。而长距离食管闭锁等外科手术手段则需要患者被麻醉数周的时间,因为每一段食道都需要被轻轻的拉伸连接起来。相比之下,用来实验 Damian 团队的机器人植入物的猪不但活的好好的,当植入物被植入进它们的食道时,它们甚至还是清醒的。这个机器人植入物为何如此神奇?答案可能让你大吃一惊,它所使用的原理并不复杂,早在 1930 年就被人发现,并常用于培养细菌群。它就是机械刺激(mechanostimulation),通过机械运动来刺激细胞,提高细胞生长、伤口恢复的速度。但是一直以来,产生机械刺激所需要的设备因为体积原因,并不适合植入人体。多亏了近几年微电子领域的发展,我们终于可以生产出足够小的机械装置来刺激活体内部的细胞了。

与现有手段相比,此技术的优势不仅仅在于时间,而是在于通过滋生活体组织来避免许多严重的问题。由于现有的手段需要在数个小时或者数天之内分段扩展组织,会有家具纤维化 (fibrosis) 和不良神经连接的风险。在论文所描述的手术过程中,一个长约 10 厘米的机器人植入物被医生从外部连接上了食道,并通过 2 个 O 型环被固定在了食道管状的部分。这个包含了电机、传感器以及各种电子元件的植入物的外部被一层生物相容的防水皮肤包裹着,通过一根数据线与体外的控制单元相连。在那两个 O 型环中间的部位就会受到机械刺激,加快细胞生长的速度。研究人员们的实验结果是非常成功的。在 9 天内,实验体猪体内两个 O 型环之间的食道的长度被扩展了 77%。而此结果不是来自于拉伸,而是通过刺激细胞自我生长达到的。在这个过程中,食道的血流和功能性被完全保持了下来。

研究人员推测,如果进一步升级此设备,让它可以识别吃东西时食道肌肉的收缩和放松,它甚至可以让患者在修复的过程中也可以吃饭。看到这,你是不是有点可惜呢?现实并没有科幻作品中可以修复各种伤病的纳米机器蜂群那么高大上。但是这款拉长管状器官的机器人可能离那些机器人比我们想象中的还要近。因为研究人员指出:“除了它们在器官生长方面的用途,机器人植入也代表了医用机器人的一个新研究方向。这些仿生系统可以帮助提供正常的身体功能,不论是在身体修复之前的暂时性,还是永久性的。”

“传感器和致动器的微型化,加上无线通信、能源传输、能源收集等技术的发展,很有可能让我们创造出超越科幻作品中的设备。”

壹伴上传_17-9-27 11-08-25.jpg

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