Un microrobot in grado di guidare un raggio laser ad alta velocità e con un ampio raggio di movimento potrebbe aumentare le possibilità di interventi chirurgici mininvasivi in profondità.

TAKEAWAY

• Nell’ambito della chirurgia mininvasiva, le fonti di energia attualmente disponibili sono fornite tramite una fibra o un elettrodo da porre molto vicino all’area di incisione e di intervento, il che limita la precisione chirurgica ed è causa, talora, di ustioni nelle sezioni di tessuto adiacenti.
• Il laser, ampiamente utilizzato in una serie di micro interventi chirurgici esterni, rappresenta una soluzione. Ma, per gli interventi chirurgici interni, necessita di essere guidato con estrema precisione, posizionato e riposizionato rapidamente all’estremità distale di un endoscopio, cosa che non può essere realizzata a causa della sua attuale tecnologia ingombrante.
• Una soluzione alternativa viene dall’Università di Harvard, dove microrobotica e chirurgia mininvasiva si coniugano con l’utilizzo del raggio laser per interventi in profondità.

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Microrobotica e chirurgia mininvasiva rappresentano, insieme, un traguardo importante della medicina e, più nel dettaglio, della chirurgia. La prima rimanda a dispositivi robotici di dimensioni microscopiche, capaci di muoversi in maniera autonoma all’interno del corpo umano per eseguire procedure mediche localizzate e non invasive.

Ne è un esempio il progetto a livello europeo CELLOIDS, finanziato dallo European Research Council (ERC) con fondi ERC Starting grants, avviato ufficialmente il primo febbraio 2021 e coordinato dall’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna.

Sviluppare microrobot in grado di navigare nei tessuti corporei, prendendo ispirazione dalle cellule biologiche: questo il suo obiettivo, che apre la strada a procedure mediche come il monitoraggio continuativo dall’interno del corpo per scopi diagnostici e gli interventi non invasivi a organi molto delicati.

La chirurgia mininvasiva è una pratica sempre più frequente nelle sale operatorie, basata su piccole incisioni, sulla visione con telecamere ad alta definizione collegate a un endoscopio e sulla possibilità di associare un canale operativo che permette di inserire strumenti per la coagulazione e l’asportazione di tessuti e di lesioni.

Tra gli interventi chirurgici mininvasivi, il rilascio di stent attraverso cateteri, il trattamento delle complicanze addominali e l’esecuzione di operazioni transnasali alla base del cranio in pazienti con patologie neurologiche. Per consentire la visualizzazione e la manipolazione dell’area in cui intervenire, le estremità dei dispositivi utilizzati per tali interventi sono altamente flessibili.

Nel caso, poi, di quei dispositivi che consentono ai chirurghi di asportare e asciugare i tessuti o di coagulare i vasi, alle loro estremità viene aggiunta una fonte di energia che genera calore. Le fonti di energia attualmente disponibili nella chirurgia mininvasiva sono fornite tramite una fibra o un elettrodo da porre molto vicino all’area di incisione e di intervento, il che limita la precisione chirurgica ed è causa, talora, di ustioni nelle sezioni di tessuto adiacenti.

A tale riguardo, il laser, già ampiamente utilizzato in una serie di micro interventi chirurgici esterni, come in oftalmologia e in dermatologia, rappresenta una soluzione. Ma, per gli interventi chirurgici interni, il raggio laser deve essere guidato con estrema precisione, posizionato e riposizionato rapidamente all’estremità distale di un endoscopio, cosa che non può essere realizzata a causa della sua attuale tecnologia ingombrante.

Una soluzione alternativa viene da Harvard, dove microrobotica e chirurgia mininvasiva si coniugano con l’utilizzo del raggio laser per interventi in profondità sul paziente. Vediamo di che cosa si tratta.

Grazie a un microrobot la chirurgia laser può andare in profondità

Un gruppo di ricercatori di ingegneria robotica del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering e della School for Engineering and Applied Science, entrambi presso l’Università di Harvard, capitanati dal professor Robert Wood, hanno sviluppato un microrobot a guida laser – posto in un contenitore miniaturizzato di 6×16 millimetri – da integrare agli strumenti endoscopici esistenti.

Il loro approccio – che vede microrobotica e chirurgia mininvasiva lavorare insieme – riportato sulla rivista Science Robotics, potrebbe servire a migliorare le procedure nell’ambito di numerosi interventi chirurgici mininvasivi. Spiega Peter York, membro del team di studio:

“Per consentire la chirurgia laser mininvasiva all’interno del corpo, abbiamo ideato un approccio microrobotico che ci consente di dirigere con precisione un raggio laser su piccoli siti in schemi complessi, all’interno dell’area anatomica di interesse. Con la sua vasta gamma di articolazioni, il minimo ingombro e l’azione rapida e precisa, questo dispositivo con guida laser può essere integrato ai dispositivi endoscopici esistenti in modo plug-and-play“

Uno scoglio, nella progettazione del dispositivo, ha riguardato l’attuazione e la microfabbricazione del meccanismo di sterzo ottico, deputato allo stretto controllo del raggio laser dopo che è fuoriuscito dalla fibra ottica.

Queste sfide, insieme alla necessità di velocità e di precisione, sono state, poi, esacerbate dai vincoli dati dalle dimensioni: l’intero meccanismo, per essere utile nelle procedure endoscopiche, doveva poter essere alloggiato all’interno di una struttura cilindrica dal diametro di una cannuccia. Lo sforzo di miniaturizzazione da parte del team si è basato sui metodi di microfabbricazione, in cui i componenti modulari vengono laminati passo passo su una sovrastruttura su scala millimetrica.

Microrobotica e chirurgia mininvasiva per un’endoscopia a raggio laser su ampia scala

Il team, in fase di test, ha dimostrato che il microrobot con guida laser, miniaturizzato in un cilindro di soli 6 mm di diametro e 16 mm di lunghezza, è in grado di mappare e di seguire traiettorie complesse, in cui possono essere effettuate più ablazioni laser ad alta velocità con elevata precisione.

In particolare, una delle fasi di test ha visto l’applicazione del microrobot all’estremità di un dispositivo per colonscopia, nell’ambito della simulazione di una resezione di un polipo intestinale, eseguita con successo.

“Avvalendoci di un approccio multidisciplinare, siamo riusciti a sfruttare le nostra capacità di prototipare rapidamente complessi meccanismi microrobotici che abbiamo sviluppato nel corso degli ultimi dieci anni, per fornire ai medici una soluzione chirurgica non distruttiva che potrebbe consentire loro di fare progredire le possibilità di interventi chirurgici minimamente invasivi nel corpo umano” ha concluso professor Robert Wood.

Il team di microrobotica e chirurgia mininvasiva di Wood, insieme agli esperti del Wyss Institute dell’Università di Harvard, hanno di recente brevettato il loro approccio e stanno ora riducendo ulteriormente i rischi della tecnologia messa a punto.

Lo scenario che apre questo dispositivo microrobotico integrabile nei dispositivi attuali per endoscopia, si affaccia su trattamenti chirurgici mininvasivi per un numero sempre più ampio di patologie e di aree anatomiche del corpo umano.