發(fā)布日期：2018-01-18
圖丨機器人研究人員經(jīng)常選擇豬來測試各種可能降低手術創(chuàng)傷的植入物
在如今這個科技發(fā)展日新月異的世界，時不時地就會出現(xiàn)一例聽起來十分科幻的研究成果。這不，一篇在《Science Robotics》學刊上發(fā)表的論文就屬于這個范圍：成功在活體里工作的細胞再生機器人。
不過，大家先不要陷入“成群的納米機器人在血液里流竄”這樣的想象，因為那才是真正的科幻。這次的研究成果在視覺上并沒有電影中那么炫酷，但是在科學成就上，它卻十分的驚人。
此項研究成功是由美國波士頓兒童醫(yī)院的 Dana Damian 所帶領的一隊多國研究人員做出的。在論文中，研究人員表示他們創(chuàng)造了一款“可以通過施展計算機控制的牽引力，促使食道和腸子等管狀器官生長”的機器人植入物。
在外科手術上，修復體內(nèi)管狀結構有著極大的難度。而由于絕大多數(shù)的生物體內(nèi)都含有大量的管狀結構，這一直是醫(yī)學領域的一大研究方向。
現(xiàn)有的辦法，比如器官移植不但價格昂貴，風險也很大。而長距離食管閉鎖等外科手術手段則需要患者被麻醉數(shù)周的時間，因為每一段食道都需要被輕輕的拉伸連接起來。
相比之下，用來實驗 Damian 團隊的機器人植入物的豬不但活的好好的，當植入物被植入進它們的食道時，它們甚至還是清醒的。
這個機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雜，早在 1930 年就被人發(fā)現(xiàn)，并常用于培養(yǎng)細菌群。它就是機械刺激（mechanostimulation），通過機械運動來刺激細胞，提高細胞生長、傷口恢復的速度。
但是一直以來，產(chǎn)生機械刺激所需要的設備因為體積原因，并不適合植入人體。多虧了近幾年微電子領域的發(fā)展，我們終于可以生產(chǎn)出足夠小的機械裝置來刺激活體內(nèi)部的細胞了。
與現(xiàn)有手段相比，此技術的優(yōu)勢不僅僅在于時間，而是在于通過滋生活體組織來避免許多嚴重的問題。由于現(xiàn)有的手段需要在數(shù)個小時或者數(shù)天之內(nèi)分段擴展組織，會有家具纖維化 （fibrosis） 和不良神經(jīng)連接的風險。
在論文所描述的手術過程中，一個長約 10 厘米的機器人植入物被醫(yī)生從外部連接上了食道，并通過 2 個 O 型環(huán)被固定在了食道管狀的部分。這個包含了電機、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 O 型環(huán)中間的部位就會受到機械刺激，加快細胞生長的速度。
研究人員們的實驗結果是非常成功的。在 9 天內(nèi)，實驗體豬體內(nèi)兩個 O 型環(huán)之間的食道的長度被擴展了 77%。而此結果不是來自于拉伸，而是通過刺激細胞自我生長達到的。在這個過程中，食道的血流和功能性被完全保持了下來。
研究人員推測，如果進一步升級此設備，讓它可以識別吃東西時食道肌肉的收縮和放松，它甚至可以讓患者在修復的過程中也可以吃飯。
看到這，你是不是有點可惜呢？現(xiàn)實并沒有科幻作品中可以修復各種傷病的納米機器蜂群那么高大上。但是這款拉長管狀器官的機器人可能離那些機器人比我們想象中的還要近。
因為研究人員指出：“除了它們在器官生長方面的用途，機器人植入也代表了醫(yī)用機器人的一個新研究方向。這些仿生系統(tǒng)可以幫助提供正常的身體功能，不論是在身體修復之前的暫時性，還是永久性的。”
“傳感器和致動器的微型化，加上無線通信、能源傳輸、能源收集等技術的發(fā)展，很有可能讓我們創(chuàng)造出超越科幻作品中的設備。”
來源：DeepTech深科技（微信號 mit-tr）
