9 maja 2024 r
Zaawansowane laboratorium robotyki na czołowym uniwersytecie w Kanadzie pomaga światu medycznemu rozwiązać niektóre z najbardziej irytujących problemów — zaczynając od najmniejszych skal
Ten artykuł został pierwotnie opublikowany na stronie theguardian.com w ramach badań Uniwersytetu w Toronto i Guardian Labs. Co można zrobić? Zapytaj kampanię w Toronto.
Postępy w leczeniu i wczesnym wykrywaniu w ostatnich dziesięcioleciach znacząco poprawiły przeżywalność nowotworów. Jednak niektóre nowotwory pozostają wyniszczająco śmiertelne. W przypadku pacjentów z glejakiem wielopostaciowym (GBM), najczęstszą i najbardziej agresywną postacią raka mózgu, Średnia długość życia wynosi tylko 12 do 18 miesięcy Po diagnozie. Tylko jedna czwarta będzie żyła dłużej niż rok, a tylko 5% dłużej niż pięć lat.
Na Uniwersytecie w Toronto prof Yu Sun On i jego zespół w Instytucie Robotyki wykorzystują potencjał nanorobotyki – dziedziny technologii, w której powstają małe, mikroskopijne roboty – do zbudowania czegoś, co może stanowić nową, rewolucyjną opcję leczenia: „NanoskapeleKtóry wyszukuje komórki nowotworowe i niszczy je, obracając się pod wpływem pola magnetycznego.
Chociaż chemioterapia jest początkowo skuteczną metodą leczenia raka, u pacjentów w końcu rozwija się na nią oporność, która w przypadku glejaka rozwija się szybko, mówi Sun, założyciel i dyrektor Instytutu Robotyki. „Mamy nadzieję dać pacjentom chorym na raka opornego na leczenie: czy możemy dać im nadzieję, że ich choroba zostanie wyleczona?” On mówi.
Dla Suna badania mają osobisty oddźwięk: stracił matkę z powodu raka i na własne oczy widział wpływ oporności na leczenie. „Dobitniej zdałem sobie sprawę, że pacjenci naprawdę potrzebują technologii, które mogą im pomóc w ostateczności” – mówi.
Pracując z dr Shi HuangaW laboratorium szpitala dla chorych dzieci w Toronto (SickKids) zespół z Uniwersytetu w Toronto opracował „nanochirurgię mechaniczną”, wypełniając magnetyczne nanorurki węglowe – rurkowate cząstki wykonane z węgla – cząsteczkami tlenku żelaza i powlekając je przeciwciałem rozpoznającym białko . Ulega nadekspresji w komórkach nowotworowych GBM. Dzięki przeciwciałom, gdy rurki wstrzykuje się do guza, wyszukują komórki nowotworowe. Następnie precyzyjnie przyłożone zewnętrzne wirujące pole magnetyczne powoduje obrót rur.
„Rury wytwarzają moment mechaniczny, który wpływa na struktury komórkowe, mechanicznie je rozrywając i powodując śmierć komórek” – mówi dr. Xian Wanga, który obronił doktorat pod kierunkiem Suna i który współnadzorował późniejszą pracę doktorancką Huanga i Suna w Szpitalu dla Chorych Dzieci. Praca Wanga nad opracowaniem nanorurek magnetycznych posłużyła za element konstrukcyjny nanoskapeli.
Doktor Qian Wang wykorzystuje cewki magnetyczne do kontrolowania położenia mikroskopijnej nanorurki węglowej wypełnionej tlenkiem żelaza. Nanorurki są wystarczająco małe, aby przedostać się do ludzkich komórek i można je umieszczać z niespotykaną dotąd precyzją. Fotografia autorstwa Tylera Irvinga.
W badaniu na myszach z GBM opornym na chemioterapię mechaniczna nanochirurgia zmniejszyła rozmiar guza i przedłużyła przeżycie zwierząt. Fakt, że fizycznie zabija komórki, jest kluczowy, mówi Wang, który jest obecnie adiunktem na Uniwersytecie Queen’s w Kingston w Ontario, ponieważ oporność na leczenie pojawia się, ponieważ komórki nowotworowe mutują, aby przystosować się do leczenia.
Doktor Qian Wang wykorzystuje cewki magnetyczne do kontrolowania położenia mikroskopijnej nanorurki węglowej wypełnionej tlenkiem żelaza. Nanorurki są wystarczająco małe, aby przedostać się do ludzkich komórek i można je umieszczać z niespotykaną dotąd precyzją. Fotografia Tylera Irvinga.
„Technologia nanoskalpela jest technologią fizyczną. Nie daje komórkom możliwości mutacji, dlatego uważamy ją za tak ważną” – mówi Huang, który odegrał kluczową rolę w rozwoju nanochirurgii mechanicznej.
W ciągu swojej ponad 20-letniej kariery w dziedzinie mikro- i nanorobotyki Sun zyskała reputację pionierskiej pracy mającej wpływ na społeczeństwo. Kiedy był studentem, chciał, aby jego jednokomórkowe systemy robotyczne miały zmysł dotyku. Nie mogąc znaleźć niczego, co spełniłoby to zadanie, opracował własne rozwiązanie: produkowany komercyjnie czujnik mikrosił, którego NASA użyła między innymi do poprawy reakcji Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Dokładne żaluzje.
We współpracy z Hitachi High-Tech Canada opracował także pierwszy na świecie nanorobotyczny system o zamkniętej pętli, który działa jak „ręce” wraz z „oczami” przypominającymi mikroskop elektronowy w celu przetwarzania i charakteryzowania nanomateriałów i próbek biologicznych.
W opiece zdrowotnej pionierska praca firmy Sun koncentruje się również na początkach życia. Na Uniwersytecie w Toronto w 2012 roku on i jego zespół opracowali system, który doprowadził do powstania pierwszego na świecie, tym razem automatycznego zapłodnienia człowieka.
Profesor Sun ma nadzieję, że innowacje opracowane na Uniwersytecie w Toronto będą miały wpływ na świat rzeczywisty. Zdjęcie: Wei Fang/Getty Images.
Zautomatyzowany system docytoplazmatycznej iniekcji plemnika (ICSI) wykorzystuje starannie opracowane algorytmy sztucznej inteligencji i zautomatyzowane techniki mikroprzetwarzania, aby nieinwazyjnie wybrać plemniki z minimalnym uszkodzeniem DNA, a następnie wprowadzić je do ludzkich komórek jajowych, zmniejszając uszkodzenia w porównaniu z metodami ręcznymi wykorzystującymi… Wibracje mechaniczne urządzenie. Który, jak twierdzi Sun, działa „jak dzięcioł, wykorzystując mechaniczne impulsy do delikatnego otwarcia błony komórki jajowej”. Celem jest zapewnienie zdrowia dzieci urodzonych w wyniku zapłodnienia in vitro.
Profesor Sun ma nadzieję, że innowacje opracowane na Uniwersytecie w Toronto będą miały wpływ na świat rzeczywisty. Zdjęcie: Wei Fang/Getty Images.
Ulepszona wersja systemu jest obecnie w fazie testów na pacjentach. Tymczasem Sun ma nadzieję, że mechaniczna nanochirurgia jego zespołu będzie gotowa do badań klinicznych w ciągu pięciu lat.
Mówi: „Presja związana z pracą w tej dziedzinie nie jest związana z publikacją artykułu naukowego, ale raczej dlatego, że istnieją choroby, które należy leczyć”.
Ma nadzieję, że w trakcie swojej kariery jego innowacje będą miały transformacyjny wpływ na rzeczywisty świat. „Chciałbym, aby techniki leczenia, nad którymi pracujemy, były stosowane w szpitalach z korzyścią dla wielu pacjentów” – mówi. „Ponieważ celem prowadzenia badań jest uczynienie świata lepszym”.
Poznaj wyjątkową społeczność, która przesuwa granice tego, co jest możliwe utoronto.ca/news
Napisane przez Rachel Williams
„Zła entuzjasta podróży. Irytująco skromny ćpun internetu. Nieprzepraszający alkoholiczek”.
