PILLSID — روبوت قابل للابتلاع يوصل الإنسولين دون إبر خارجية
تخيّل صاروخ شحن ينطلق إلى الفضاء ويرسو على محطة الفضاء الدولية. يقترب الصاروخ من المحطة ويثبت بقفل محكم الإغلاق ليتمكن من نقل الإمدادات. والآن تخيّل نسخة مصغّرة من هذه العملية تجري داخل جسمك.
أعلن باحثون من إيطاليا في أغسطس 2021 أنهم ابتكروا نظامًا روبوتيًا قادرًا على تنفيذ هذا النوع من عمليات «التوصيل» المفيدة، ويعمل بالكامل داخل الأمعاء. يتكون النظام من روبوت لتوصيل الإنسولين يُزرع جراحيًا في تجويف البطن، ومن كبسولات تُبتلع تزوّد الجهاز بالإنسولين.
اختبر مطورو الروبوت نظامهم على ثلاثة خنازير مصابة بالسكري. ووفقًا للنتائج المنشورة في مجلة Science Robotics، تمكن النظام من التحكم بنجاح في مستوى الغلوكوز في دم الخنازير على مدى عدة ساعات. «قد يبدو الأمر مرعبًا، التفكير في محطة رسو داخل الجسم، لكنها نجحت»، قالت أريانا مينسياسي، مؤلفة الدراسة وأستاذة الروبوتات الطبية الحيوية والهندسة الحيوية في مدرسة سانت آنا للدراسات العليا في بيزا.
«في هذه الدراسة نصف نموذجًا أوليًا لجهاز PILLSID. تُختبر المكونات الرئيسية للجهاز سواء كعناصر منفصلة أو ضمن الجهاز المتكامل على المستوى ما قبل السريري. ونوضح أن آلية إعادة التعبئة تعمل بكفاءة، وأن مستوى الغلوكوز في الدم يمكن تنظيمه بأمان لدى الخنازير المصابة بالسكري. يزن الروبوت 165 غرامًا وأبعاده 78×63×35 ملم، وهو ما يضاهي الأجهزة القابلة للزرع التجارية، مع معالجته للتحديات الحرجة المرتبطة بتعبئة الخزان وتزويده بالطاقة»، جاء في المادة العلمية.
في نظام فريق مينسياسي، يُزرع الجهاز الذي يشبه حجم الهاتف القابل للطي جراحيًا على طول الجدار الكبير المتصل بالأمعاء الدقيقة. يوصل الروبوت الإنسولين إلى السائل داخل هذا التجويف. وعندما ينفد الدواء من الخزان، تتحرك كبسولة مغناطيسية مملوءة بالإنسولين لتعيد تعبئته.
من الناحية النظرية، ستعمل عملية إعادة التعبئة لدى البشر على النحو التالي: يبتلع المريض الكبسولة كأي حبة دواء عادية، فتتحرك عبر الجهاز الهضمي بشكل طبيعي حتى تصل إلى الجزء من الأمعاء الدقيقة الذي زُرع فيه الجهاز. وباستخدام الحقول المغناطيسية، يجذب الجهاز الكبسولة إليه، ويديرها ويثبتها في الوضع الصحيح. ثم يثقب الروبوت الكبسولة بإبرة قابلة للبروز ويضخ الإنسولين في خزانها. ويجب أن تخترق الإبرة أيضًا طبقة رقيقة من نسيج الأمعاء للوصول إلى الكبسولة.
يحتوي الجهاز في المجمل على أربعة محركات تتحكم في عملية الالتحام، وثقب الإبرة، وحجم الخزان، والسحب، إضافة إلى مضخة. والمحرك المسؤول عن الالتحام يدير مغناطيسًا لتثبيت الكبسولة في مكانها. ويقول المؤلفون إن التصميم استُلهم من أنظمة التثبيت الصناعية وروبوتات فحص الأنابيب.
بعد توصيل الإنسولين، يُطلق الجهاز الكبسولة ويسمح لها بالمرور طبيعيًا عبر الجهاز الهضمي ثم الخروج من الجسم. تُتحكم الحقول المغناطيسية المسؤولة عن الالتحام وإطلاق الكبسولة لاسلكيًا عبر جهاز برمجة خارجي، ويمكن تشغيلها أو إيقافها. وتُشحن بطارية الجهاز لاسلكيًا بواسطة جهاز خارجي.
قد يكون نظام التوصيل هذا مفيدًا لمرضى السكري من النوع الأول، خاصة لمن يحتاجون إلى حقن الإنسولين عدة مرات يوميًا. مضخات الإنسولين متوفرة في الأسواق، لكنها تتطلب معدات خارجية تُوصل الدواء عبر أنبوب أو إبرة تخترق الجسم. كما تتوفر مضخات إنسولين قابلة للزرع، لكن هذه الأجهزة تحتاج إلى التعبئة عبر أنبوب يبرز من الجسم، مما يسبب التهابات بكتيرية، ولهذا لم تحظَ هذه الأنظمة بالانتشار.
وبحسب مينسياسي، فإن النظام القابل للزرع بالكامل والذي يُعبّأ بحبة دواء سيُلغي الحاجة إلى الأنابيب البارزة والمعدات الخارجية. ويقول المؤلفون إن هذه الآلية قد تكون مفيدة أيضًا في توصيل أدوية لأمراض أخرى، خاصة في العلاج الكيميائي لمرضى سرطان المبيض والبنكرياس والمعدة والقولون.
كخطوة تالية، يعمل المؤلفون على تحسين إحكام إغلاق الجهاز المزروع. وقالت مينسياسي: «لاحظنا لدى بعض الخنازير أن سوائل الجسم تدخل إلى داخل الروبوت». وبحسب قولها، من المرجح أن بعض التسربات تحدث أثناء الالتحام، عندما تخرج الإبرة من الزرعة. ولم تحدث تسربات عندما اختبر الفريق الجهاز سابقًا في الماء، لكن جسم الإنسان أكثر تعقيدًا بكثير.
يمثل تطوير روبوتات قابلة للزرع بالكامل، تحل محل العمليات الفسيولوجية أو تعيد تأهيلها، تحديًا كبيرًا في الروبوتات الطبية.
وإن كان من المرجح أن يمضي بعض الوقت قبل أن يدخل نظام العلماء الإيطاليين المستشفيات، فإن الأجهزة التي تلبي الاحتياجات الطبية من داخل الجسم قد تصبح أكثر انتشارًا. فعلى سبيل المثال، عرض معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في عام 2016 روبوت أوريغامي قادرًا على جمع أشياء من داخل الأمعاء.
