Mikroroboty w jelitach mogą wykrywać wczesne oznaki raka jelita grubego
Według organizacji Digestive Cancers Europe rak jelita grubego jest drugim najbardziej śmiertelnym nowotworem. Wskaźniki przeżywalności różnią się w poszczególnych krajach europejskich ze względu na krajowe podejście do opieki zdrowotnej oraz lokalne strategie leczenia. Chociaż wczesne wykrycie raka może znacznie poprawić wyniki pacjentów, u większości pacjentów jest on wykrywany w późnym stadium. Gdyby więcej pacjentów zostało zdiagnozowanych na wczesnym etapie (wzrost z obecnych 13% do 50%), można by uratować 130 000 istnień ludzkich rocznie i zaoszczędzić ponad 3 miliardy euro na powiązanych kosztach. Aby ułatwić wczesną diagnozę, OMEGA, projekt wspierany przez UE, pracuje nad opracowaniem nowego sposobu interpretacji danych potencjalnie ratujących życie, które pochodzą z dynamicznych mikrorobotów przechodzących przez jelita. „Robot jest wciąż na etapie testowania prototypu w środowisku laboratoryjnym ex vivo. Projekt OMEGA poświęcony był opracowywaniu nowych technik numerycznych do interpretacji danych" — wyjaśnia Yang Liu, profesor nadzwyczajny w dziedzinie dynamiki i kontroli na University of Exeter w Wielkiej Brytanii.
Analiza dynamicznej reakcji mikrorobotów w jelitach
Robot ma magnes, za pomocą którego można wprowadzać go w drgania pod wpływem zmiennego pola elektromagnetycznego dostarczanego przez zewnętrzny panel cewki poza ciałem pacjenta. Lekarz może użyć panelu do zdalnego kierowania robotem przemieszczającym się od odbytnicy pacjenta do jelita ślepego w celu przeprowadzenia badania. Gry robot porusza się przez błony śluzowe dolnej części jelita, jego ruchy zmienią się, jeśli napotka zmiany ze względu na napotkany opór. Robot jest napędzany przez swoje wibracje, a ten wzór wibracji zmienia się, gdy napotka coś nietypowego, na przykład uszkodzenie. Wskazuje nawet najmniejsze zmiany, przez co może ostrzegać pracowników służby zdrowia o najwcześniejszych oznakach nieprawidłowości komórek. Yang pracował nad szkoleniem sztucznej inteligencji, aby rozpoznawała przyczyny ruchów robota. „Dynamiczne reakcje robota przechodzącego przez normalną i nieprawidłową błonę śluzową są zupełnie inne. Wykorzystaliśmy czujniki przemieszczenia i przyspieszenia do gromadzenia danych i opracowaliśmy techniki numeryczne do identyfikacji tych różnic, aby przewidzieć, jaki rodzaj zmiany (tj. złośliwy lub łagodny) może przekroczyć robot” — wyjaśnia Yang. „Możemy postrzegać tę zmianę zachowania jako zmianę wzorca. Na przykład, jego dynamiczna reakcja może wynosić 010101... gdy przechodzi przez gładką błonę śluzową, ale zmienia się na 011011... gdy napotyka uszkodzenie. System, który projektujemy, rozpoznawałby zmiany i był w stanie przewidzieć ich przyczynę” — dodaje.
Projektowanie mikrorobotów do wczesnej diagnostyki raka jelita grubego
W ramach projektu ustalono, że istnieją rozpoznawalne reakcje na nieprawidłowości i że nieprawidłowości te można — do pewnego stopnia — sklasyfikować. Zostało to przedstawione w licznych artykułach, takich jak: „Dynamics of a self-propelled capsule robot in contact with different folds in the small intestine” opublikowany w „Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation” oraz doi.org/10.1016/j.jsv.2024.118270 („Nonlinear characteristics identification of an impact oscillator with a one-sided elastic constraint”) opublikowany w „Journal of Sound and Vibration”. Obecnie zespół pracuje nad opracowaniem zintegrowanego prototypu tego robota wibracyjnego do wykrywania polipów okrężnicy i wczesnego raka jelita grubego przy wsparciu finansowym Medical Research Council w Wielkiej Brytanii. „Jestem podekscytowany dotychczasowymi osiągnięciami, które były możliwe dzięki wsparciu programu działania „Maria Skłodowska-Curie”. Jestem entuzjastycznie nastawiony do tego, jak możemy wykorzystać roboty do wczesnego wykrywania. Opracowaliśmy techniki numeryczne do interpretacji zachowania robota; teraz musimy wdrożyć je w praktyce” — mówi Yang.
Słowa kluczowe
OMEGA, rak jelita grubego, wczesne wykrywanie, mikroroboty, sztuczna inteligencja, błony śluzowe, jelito grube, polipy jelita grubego