سفر به درون بافت‌های بدن با ریز ربات‌ها

سال 1966 فیلم علمی‌ ـ تخیلی و هیجان‌انگیزی پخش شد که در آن، گروهی از پزشکان با استفاده از دستگاه مخصوص بسیار کوچکی راهی بدن بیمار می‌شوند تا او را از مرگ نجات دهند. در آن موقع، کمتر کسی تصور می‌کرد روزی فرا برسد که چنین ایده‌ای البته با کمی‌ تغییرات به واقعیت تبدیل شود. اکنون و با گذشت بیش از 4 دهه از پخش آن فیلم، دانشمندان موفق به طراحی و ساخت ریزکپسول‌هایی شده‌اند که در حقیقت نوعی سیستم فیلمبرداری پیشرفته هستند که بیمار پس از بلعیدن آن می‌تواند کمک زیادی به پزشکان کند. این دوربین‌ها که از سال 2000 وارد مرحله تولید تجاری شدند، تصاویر حیرت‌انگیزی از درون بدن بیمار را برای پزشکان ارسال می‌کنند. این تصاویر مربوط به همه جا می‌شوند از روده کوچک گرفته تا معده و سایر بخش‌های بدن.

البته طی یک دهه گذشته، فناوری چنین سیستم‌های فیلمبرداری پیشرفت‌های زیادی داشته است؛ به طوری‌که اکنون نمی‌توان عنوان سیستم فیلمبرداری را روی آنها گذاشت و شاید بهتر باشد آنها را ربات‌های کاملا مستقل و همه فن حریف نامید. این ربات‌ها از ویژگی‌های خاصی برخوردارند که مهم‌ترین آنها حرکت در بدن با استفاده از نیروی تولید شده از سوی خود ریزربات است. در سال‌های اخیر محققان به افق‌های تازه‌ای در این زمینه دست یافته‌اند. آنها توانسته‌اند کپسول‌های فیلمبردار را به ریزربات‌های فعال در بدن تبدیل کنند. نمونه‌های پیش ساخته نسل جدید این ربات‌ها که هم اکنون روی حیوانات آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است دارای پا، سیستم پیش رانش، لنزهای پیشرفته تصویربرداری و سیستم هدایت بی‌سیم هستند. از این رو بعید نیست که در آینده‌ای نزدیک این ربات‌ها برای پیشبرد برنامه‌های درمانی آماده به کار شوند.

سال 1999 محققانی در کره جنوبی پروژه 10 ساله‌ای را برای طراحی و ساخت نسل جدیدی از سیستم‌های درون بین کپسولی با ویژگی‌های خاص آغاز کردند. بخشی از برنامه این محققان شامل طراحی کپسولی رباتیک است که به حسگرهای مختلفی مجهز بوده و از منبع نوری نیز برای تصویربرداری استفاده می‌کند. با این حال این موارد تنها بخشی از قابلیت‌های این کپسول‌ها به شمار می‌آیند. آنها در نظر دارند محصول نهایی را که وارد بازار می‌کنند، قابلیت‌هایی نظیر انتقال دارو به قسمت‌های مورد نظر بدن بیمار و همچنین نمونه‌برداری از بافت‌های سرطانی درون بدن را نیز داشته باشد. گذشته از تمامی ‌این قابلیت‌ها، حرکت خودکار یا تحت کنترل بی‌سیم از جمله اهدافی است که برای این ریزربات‌ها طراحی شده است. از سال 2000 میلادی به این سو شرکت‌ها و گروه‌های تحقیقاتی متعددی وارد این عرصه هیجان‌انگیز شده‌اند. به عنوان مثال 18 تیم اروپایی کنسرسیومی‌ را با همکاری مرکز ریزسیستم‌های هوشمند کره جنوبی موسوم به IMC تشکیل داده‌اند تا مقدمات طراحی و ساخت ریزربات‌های کپسولی ویژه تشخیص بافت‌های سرطانی و در نهایت درمان آنها فراهم شود.

یکی از چشم‌اندازهای اصلی در توسعه فناوری ریزربات‌های پزشکی، طراحی و ساخت نمونه‌هایی است که قابلیت انجام کارهای مختلف را داشته باشند؛ یعنی نیازی به استفاده از انبوهی از ریزربات‌ها در بدن بیمار نبوده و در عین حال با استفاده از یک دستگاه واحد بتوان مشکلات بیمار را شناسایی و برطرف کرد. برای طراحی و ساخت چنین ربات‌هایی مهندسان باید راه‌های مطمئنی برای کنترل بی‌سیم، البته مناسب حرکت این ریزسازه‌ها پیدا کنند. البته این تنها بخشی از مأموریت این محققان به شمار می‌آید. نصب دقیق و بدون نقص ابزارهای مختلف تصویربرداری، حسگرهای پیشرفته و منبع تامین‌کننده انرژی مورد نیاز برای حرکت ریزربات از جمله دلمشغولی‌های دیگر محققان چنین پروژه‌هایی است. از تمامی ‌این موارد که بگذریم باید به یک اصل کلی توجه کرد: تمامی‌ آنچه در این پروژه طراحی و ساخته می‌شود، باید درون ریزکپسولی قرار گیرد تا بیمار بدون هیچ‌گونه مشکلی آن را ببلعد.

یکی از اصلی‌ترین فاکتورها در طراحی یک ریزربات پزشکی نحوه حرکت و اعمال کنترل بر آن است. حرکت ریزربات‌های درون‌بین را می‌توان یا به وسیله محرک‌های نصب شده در آن نظیر پاها، پدال‌ها، پیش‌رانش‌ها و نظایر آنها انجام داد یا با استفاده از میدان‌های مغناطیسی که در خارج از بدن بیمار تولید شده و به‌گونه‌ای تغییر جهت می‌دهد که حرکت رو به جلو یا عقب ریزربات درون‌بین را نیز موجب می‌شود.

یکی دیگر از ابتکارعمل‌هایی که می‌توان برای باز کردن مسیر حرکتی ریزربات درون‌بین به کار بست، باز کردن مسیر پیش‌رو با پرکردن مجاری معده از مایعات است. ابتدا بیمار مقدار زیادی مایعات می‌نوشد و بلافاصله ریزربات درون‌بین نیز بلعیده می‌شود. نوشیدن مقادیر زیادی مایعات موجب بازشدن مجاری درهم فشرده روده و معده بیمار شده و سیستم رباتیکی براحتی می‌تواند در معده مملو از مایعات شنا کند.

طی یک دهه گذشته مدل‌های مختلفی از ریزربات‌های درون‌بین طراحی شده است، با این حال می‌توان تمامی این مدل‌ها را از حیث برخورداری از تجهیزات گوناگون در 3 دسته کلی طبقه‌بندی کرد. دسته اول ریزربات‌های درون‌بینی هستند که حامل دوربین مخصوصی برای مشاهده سلول‌های سطح دیواره روده یا معده و نظایر آنها هستند. این سیستم‌های رباتیکی با استفاده از دوربین قدرتمند خود می‌توانند تصاویر بسیار دقیق و کاربردی از نقاط مورد نظر پزشکان ثبت و ارسال کنند. دسته دوم شامل ریزربات‌های درون‌بینی می‌شود که با استفاده از یک ریزچنگک مخصوص عملیات نمونه‌برداری از بافت مورد نظر پزشکان را انجام می‌دهد. نمونه‌های به دست آمده در دل ریزربات جای گرفته و پس از دفع به وسیله بیمار در اختیار پزشکان قرار می‌گیرد. اما دسته سوم به ریزربات‌های درون‌بینی مربوط می‌شود که با برخورداری از مخازن مخصوص می‌توانند مقادیر مشخصی از داروها را با خود حمل کرده و دقیقا در نقاط مورد نظر پزشکان رها سازند.