Medicina del siglo XXI: pistolas Gauss, balas mágicas y cirujanos milibot magnéticos

En algún momento alrededor del cambio al siglo XX, el extraordinario médico Paul Ehrlich acuñó la palabra bola mágica o 'bala mágica' para describir los nuevos medicamentos en los que estaba trabajando para curar la sífilis y el cáncer. En teoría, estos medicamentos dejarían intacto el tejido sano y se dirigirían solo a los enfermos. Más tarde, los psicólogos se apropiaron de este término para describir el pánico fenomenalmente generalizado que sobrevino cuando el épico thriller de 1938 de H. G. Well La guerra de los mundos fue transmitido a un público estadounidense desprevenido.

Por cierto, a estos psicólogos también les gustaba referirse a su teoría de la bala mágica como el 'modelo de jeringa hipodérmica', lo que refleja la nueva capacidad encontrada de los medios para inyectar un concepto radical directamente en la mente de una audiencia cautiva con una precisión milimétrica. Si bien ninguna de las balas mágicas altamente idealizadas a las que acabamos de aludir pueden ser concepciones completamente realistas, una verdadera bala mágica que pueda guiarse a voluntad por el interior del cuerpo se ha convertido recientemente en un concepto creíble. No nos referimos a un tipo de bala mortal que a menudo sigue una trayectoria muy retorcida. En cambio, estamos hablando de un dispositivo disparado por un tipo de arma mucho más controlable, es decir, algo llamado arma Gauss, en honor al famoso matemático del mismo nombre.



Similar a una pistola de bobina o riel, una pistola Gauss acelera linealmente un objeto usando campos electromagnéticos. También se puede configurar para almacenar energía potencial en las posiciones de los objetos dentro de su agujero, y luego amplificar la energía cinética de una partícula entrante convirtiendo esa energía potencial en una energía cinética más grande agregada a un objeto que sale. Un simple video probablemente ilustra el principio básico mucho más claramente:



Los investigadores Aaron Becker, Ouajdi Felfoul y Pierre Dupont han construido un pistola Gauss de prueba de principio que podría impulsar un dispositivo diminuto al que llaman milibot por todo el cuerpo. Si bien varios investigadores ya han resonancia magnética estándar con varilla caliente máquinas o construidos 'octomags' dedicados a catéteres de dirección magnética y otros dispositivos a lo largo de los compartimentos de líquido del cuerpo, esta es la primera indicación de que las fuerzas lo suficientemente altas para atravesar barreras sólidas en el cuerpo podrían lograrse magnéticamente.



Gauss

El truco principal detrás del esquema es precargar la cámara de una aguja hipodérmica con una serie de bolas de acero magnetizables y espaciadores. La belleza de usar bolas de aleación de acero en lugar de los típicos imanes de neodimio de alta resistencia es doble: los imanes permanentes de neodimio tienen una saturación magnética más baja (con solo el 77% de la del acero, solo pueden producir el 43% de la fuerza magnética equivalente del acero), y su magnetismo no se puede apagar. Por otro lado, con los electroimanes de acero, la fuerza desaparece cuando apagas el electroimán. Si introdujera imanes permanentes en el cuerpo, comiéndolos, por ejemplo, sus intestinos se apretarían rápidamente y los imanes se perforarían inexorablemente directamente a través del tejido en atracción mutua.



La idea clave de los investigadores es que las bobinas de una máquina de resonancia magnética podrían usarse para implementar una pistola Gauss. Hay diferentes formas de configurar y ejecutar una resonancia magnética, pero para nuestros propósitos aquí podemos pensar en él como un motor eléctrico. El escáner de RM actúa como el estator y genera pares de propulsión en un rotor de actuador que contiene el material ferroeléctrico. Para generar el par máximo, las bobinas de gradiente más pequeñas (a diferencia del gran campo estático de la resonancia magnética) deben colocarse bajo control de circuito cerrado o en la jerga del motor: conmutación. Si se hace correctamente, incluso debería ser posible controlar más de un objeto dentro del orificio.

La pistola Gauss permitiría que pequeños dispositivos atraviesen las barreras entre las cámaras de fluidos o incluso atraviesen el tejido sólido. Esta capacidad sería fundamental para acceder a rincones remotos del sistema ventricular del cerebro, por ejemplo, y tendría aplicaciones inmediatas en condiciones como la hidrocefalia, donde se interrumpe el flujo adecuado a través de estas cámaras. La belleza de la pistola Gauss es que los imanes de resonancia magnética hacen todo: colocar los componentes, cargarlos y dispararlos. Después de que se realiza el componente balístico de un procedimiento quirúrgico con milibot, el control del milibot teóricamente se transferiría a la navegación estándar de resonancia magnética de baja potencia.

Para que el lector no piense que todo esto es un pastel en el cielo, deberíamos dar algunos números concretos. Los autores señalan que el gradiente máximo disponible en la mayoría de los escáneres clínicos es de alrededor de 20-40 mT / m. Esto produciría una fuerza sobre una partícula de acero magnetizada igual al 36-71% de su fuerza gravitacional. En otras palabras, no hay mucha fuerza con la que trabajar. Se han probado bobinas de gradiente de alta resistencia personalizadas de hasta 400mT / m, pero no son modificaciones prácticas para la mayoría de las máquinas de resonancia magnética. Para una comparación general, empujar una aguja de calibre 18 a través de un músculo de 10 mm requiere aproximadamente 0,6 N de fuerza.

Le preguntamos directamente al autor correspondiente, Pierre Dupont, qué podría apagar la pistola Gauss. Dijo que ya han demostrado una profundidad de penetración de hasta 15 mm en un fantasma de tejido cerebral utilizando una aguja de calibre 18. Debemos tener en cuenta que los cerebros reales son básicamente compuestos de proteínas lipídicas y citoesqueléticas que deberían comportarse de forma no lineal con respecto a los impactos. En otras palabras, como la superficie de una piscina, la velocidad del impacto debería afectar en gran medida la rigidez del material que siente un objeto penetrante.

La imagen principal en la parte superior muestra un sistema de navegación magnético comercial que ya se utiliza para procedimientos cardíacos avanzados. Los operadores ni siquiera se sientan en el anfiteatro quirúrgico, sino que ejecutan el espectáculo desde una sala de control separada. Este dispositivo, llamado Sistema de navegación magnético remoto Niobe , dirige un catéter a través de la vasculatura doblándolo en varios puntos de control que reaccionan al campo magnético. Si bien ya se vuelve indispensable en el quirófano, cuando dispositivos como el Niobe eventualmente agreguen accesorios robustos estilo pistola Gauss, la cirugía robótica remota habrá entrado en una nueva era.

Hace algún tiempo, discutimos algunos de los puntos más finos de instalar y manipular hardware neuronal en el sistema ventricular del cerebro. De los 1700 ml aproximadamente de espacio disponible en nuestro cráneo, 1400 ml son el cerebro mismo, 150 ml son para la sangre y 150 ml para el líquido cefalorraquídeo (LCR) en el que flota el cerebro. 30 ml adicionales de LCR circulan dentro de una red de cámaras en el centro del cerebro conocida como sistema ventricular. Ese es un entorno de trabajo bastante espacioso. Las finas membranas que separan estos espacios son precisamente los objetivos en los que podría trabajar una pistola Gauss. Cabe destacar que ofreceríamos que uno de los procedimientos clave sería hacer o coser pasajes entre el cerebro y los sistemas inmunológico y linfático más grandes del cuerpo.

No diremos mucho más aquí, aparte de mencionar que hace solo una semana, casi nadie hubiera imaginado que el sistema nervioso central tuviera alguna sistema linfático clásico , hablar de. Ahora todo el mundo quiere saber cómo controlarlo y acceder a él para garantizar la salud y el poder continuos del cerebro.

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