機器人植入物刺激體內組織再生

波士頓兒童醫院的研究人員報告說，一種植入式可編程醫療機器人可以通過施加牽引力逐漸拉長管狀器官 - 在發育不良的器官中刺激組織生長，而不會干擾器官功能或引起明顯的不適。

今天在Science Robotics中描述的機器人系統誘導細胞增殖并使大型動物食道的一部分延長約75%，而動物保持清醒和活動。研究人員表示，該系統可以治療長間隙食管閉鎖，這是一種罕見的出生缺陷，其中部分食管缺失，也可用于延長短腸綜合征的小腸。

對于長間隙食管閉鎖最有效的當前手術，稱為Foker手術，使用錨固在患者背部的縫合線逐漸拉動食道。為了防止食道撕裂，患者必須在醫學誘導的昏迷中癱瘓，并在重癥監護病房進行機械通氣一至四周。長時間的固定也可能導致醫療并發癥，如骨折和血栓。

“這個項目證明了概念驗證，微型機器人可以誘導生物體內的器官生長進行修復或更換，同時避免了最困難的食管閉鎖病例目前所需的鎮靜和麻痹，”Russell Jennings醫學博士說。波士頓兒童醫院食道和氣道治療中心主任，以及該研究的共同研究員。“這些機器人的潛在用途尚未得到充分探索，但它們肯定會在不久的將來應用于許多器官。”

電動機器人裝置僅附接到食道，因此允許患者自由移動。它由光滑，生物相容，防水的“皮膚”覆蓋，包括兩個連接環，放置在食道周圍并用縫線縫合到位。身體外部的可編程控制單元向環施加可調節的牽引力，緩慢且穩定地沿所需方向拉動組織。

該裝置在豬的食道中進行了測試(5個接受植入物，3個作為對照)。兩個環之間的距離(以相反方向拉動食道)每天增加2.5毫米的小幅增加，持續8到9天。即使該裝置對其食道施加牽引力，動物也能正常進食，并且沒有任何不適的跡象。

在第10天，食管段的長度平均增加了77%。檢查組織顯示組成食道的細胞增殖。器官也保持其正常直徑。

“這表明我們不僅僅是伸展食道 - 它通過細胞生長延長了，”該研究的高級研究員兼波士頓兒童心臟生物工程主任Pierre Dupont博士說。

研究小組現在開始在短腸綜合癥的大型動物模型中測試機器人系統。雖然長間隙食管閉鎖很少見，但短腸綜合征的患病率要高得多。短腸可由新生兒壞死性小腸炎，成人克羅恩病或嚴重感染或需要移除大部分腸道的癌癥引起。

“短腸綜合征是一種毀滅性的疾病，需要患者靜脈注射，”該研究的共同作者，胃腸病學家Peter Ngo博士說。“反過來，這可能導致肝功能衰竭，有時需要進行肝臟或多臟器(肝臟 - 腸道)移植，結果既破壞又昂貴。”

該團隊希望獲得支持，繼續在大型動物模型中對該設備進行測試，并最終進行臨床試驗。他們還將測試其他功能。

“沒有人知道應用于器官誘導生長的最大力量，”杜邦解釋說。“事實上，我們甚至不知道我們在臨床上應用了什么樣的力量。這都是基于外科醫生的經驗。機器人裝置可以找出應用的最佳力量，然后精確地應用這些力量。”