Микрогрейферы для неинвазивной хирургии
Миниатюрные, диаметром около 0,1 мм, хирургические инструменты, разработанные в Университете Джона Хопкинса (США), обещают революцию во многих областях медицины.
Микрогрейфер (microgripper) работает так же, как промышленные грейферы или хирургические инструменты, которые применяют, например, при биопсии, хотя разработчики – Дэвид Грациас (David H. Gracias) и сотрудники его лаборатории – уверяют, что форму своего изобретения они подсмотрели у крабов. В отличие от существующих аналогов, эти микрогрейферы не травмируют ткани, не требуют использования механических тяг или элекрических двигателей и могут безболезненно проникнуть в любой участок тела.
Шестилучевая звездочка состоит из полимерной сердцевины и нескольких слоев металлов (схема конструкции приведена на рисунке в конце статьи). С помощью магнитного поля одну или несколько таких зведочек, контролируя их положение с помощью компьютерной или магниторезонансной томографии, можно завести по кровеносным сосудам в самые труднодоступные участки организма. При повышении температуры до 40 градусов пластмасса размягчается, позволяя металлическим лапкам сжаться и захватить микроскопический участок ткани.
С живыми объектами исследователи пока не работали, но управлять микрогрейферами в тонких, в том числе извитых, стеклянных капиллярах научились виртуозно. Для тренировки они использовали микроскопические стеклянные бусинки, выбирая из кучки окрашенные и не трогая прозрачные. После этого можно было переходить к опытам с живыми клетками.
На снимках из пресс-релиза Университета Хопкинса (слева направо): имитация биопсии из культуры живых клеток; аналогичная, но более сложная задача – захват образца плотной ткани бычьего мочевого пузыря; захват живых клеток, меченых флуоресцентным маркером. В тексте пресс-релиза и в дополнительных материалах к статье Timothy G. Leong et al. Tetherless thermobiochemically actuated microgrippers, опубликованной в PNAS, есть несколько роликов, на которых все эти фокусы можно увидеть как живые – посмотрите, не пожалеете. При этом клетки не повреждаются: они сохраняли жизнеспособность даже через трое суток после манипуляции.
В перспективе микрогрейферы можно использовать и для доставки в нужное место клеток (например, «просто» стволовых или генетически модифицированных) и лекарственных препаратов. Правда, для этого необходимо добиться того, чтобы лепестки микроинструмента могли не только закрываться, но и раскрываться под действием безвредных для организма веществ. Сейчас это можно сделать только с помощью химикатов, не пригодных для использования в живом организме – на рисунке из статьи Jatinder S. Randhawa et al. Pick-and-Place Using Chemically Actuated Microgrippers, опубликованной в Journal of American Chemical Society, показано, как микрогрейферы закрываются в растворе уксусной кислоты и захлопываются под действием перекиси водорода). На продолжение работы группа Грациаса получила полуторамиллионный грант Национальных Институтов здравоохранения (NIH). Через пять лет исследователи надеются получить инструмент, пригодный для применения не только в промышленности, но и в медицине. А технология фотолитографии – такая же, какую применяют при изготовлении компьютерных микрочипов – позволит без особых трудов наладить производство микрогрейферов.
Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru
15.01.2009