Polscy naukowcy pracują nad robotem do podawania leków do oka

Polscy naukowcy pracują nad robotycznym systemem do podawania leków do oka i wykonywania biopsji. Ma on wspomagać okulistów przy zabiegach wymagających bardzo dużej precyzji, m.in. w terapiach genowych, w których lek trzeba dostarczyć w ściśle określone miejsce siatkówki. Rozwiązanie rozwijane w Międzynarodowym Centrum Badań Oka jest w tej chwili na etapie badań przedklinicznych. Docelowo ma wspierać rozwój nowych metod leczenia chorób oczu.

– W tej chwili mamy bardzo wiele nowych sposobów leczenia oka i wzroku, które wymagają wsparcia najnowszych technologii, między innymi tego, żeby leki były dostarczane bardzo precyzyjnie do miejsca, w którym mają zadziałać. Od wielu wieków rozwijano metody chirurgiczne oka, ale dopiero w XX wieku mogły się one bardzo silnie rozwinąć. Takie zrobotyzowane, bardzo zaawansowane systemy pomagają ograniczyć uszkodzenia oka przy zastosowaniu terapii – podkreśla w rozmowie z agencją Newseria prof. dr hab. Maciej Wojtkowski, kierownik Międzynarodowego Centrum Badań Oka i kierownik projektu Międzynarodowe Agendy Badawcze.

Projekt Międzynarodowego Centrum Badań Oka (ICTER) jest realizowany w ramach działania Międzynarodowe Agendy Badawcze, prowadzonego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej i finansowanego ze środków pochodzących z Funduszy Europejskich dla Nowoczesnej Gospodarki (FENG).

Projekt zakłada stworzenie platformy wspierającej rozwój nowych terapii okulistycznych. Zautomatyzowany system do podawania leków i wykonywania biopsji ma być połączony z obrazowaniem, które pozwoli określać położenie narzędzia w oku. W pracach wykorzystywane są także kompetencje z zakresu terapii genowej, genomiki pojedynczych komórek i bioinformatyki.

– To jest projekt absolutnie innowacyjny, ponieważ takich produktów jeszcze nie ma na rynku. Lekarze okuliści bardzo potrzebują takich instrumentów, które pomogą im w testowaniu i wprowadzaniu nowych metod leczenia. Te metody leczenia są bardzo skomplikowane i często możliwe do zastosowania tylko raz, na przykład terapie genowe, ponieważ nasz układ odpornościowy uczy się tych wirusów, które przenoszą geny, i nie można powtórzyć takiego zabiegu. Ten zabieg musi więc być zrobiony perfekcyjnie. Skuteczność leczenia bardzo mocno zależy od sposobu podania leku – wyjaśnia prof. Maciej Wojtkowski.

– Największy potencjał robotyki i automatyki we wspomaganiu okulistów i zabiegów chirurgicznych widzę w tych elementach, które wymagają zwiększonej precyzji, niekoniecznie tam, gdzie istotne są wiedza i doświadczenie operatora. Pewne końcowe fragmenty zabiegu, które wymagają precyzyjnego podejścia lub podejścia wzdłuż wyznaczonej osi, możemy wykonać dzięki robota, ale to okulista czy operator decyduje np. o kącie podejścia i ma też możliwość zatrzymania procedury w trakcie jej trwania – mówi dr Karol Karnowski, biofizyk z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu, kierownik grupy IDoc w projekcie ICTER.

Przykładem takiego podziału zadań może być podawanie leku do struktur oka. Lekarz wybiera miejsce i kąt wprowadzenia igły, a robot może wspomagać jej precyzyjny ruch wzdłuż wyznaczonej osi. Wyposażony w czujniki system ma również pomóc określić moment, w którym narzędzie znajdzie się we właściwym miejscu do podania leku.

– W tej chwili możliwość podawania leków w przypadku terapii genowej jest bardzo ograniczona. To bardzo skomplikowany zabieg, w którym trzeba dostarczyć lek w konkretne miejsce na siatkówce z precyzją pojedynczych mikrometrów, czyli milionowych części metra. Taka precyzja jest w tej chwili osiągana tylko przez bardzo wyspecjalizowanych operatorów, a w przyszłości chcielibyśmy, żeby te zabiegi były możliwe do przeprowadzenia wszędzie. Dlatego to urządzenie jest najważniejsze – mówi prof. Maciej Wojtkowski.

Nowe rozwiązania mają być testowane m.in. w pracach nad terapią optogenetyczną ślepoty, badaniach pojedynczych komórek związanych z rozwojem czerniaka błony naczyniowej oka oraz nad metodami wczesnego wykrywania retinopatii cukrzycowej.

Prace nad robotyką i automatyką prowadzone w Międzynarodowym Centrum Badań Oka są w tej chwili na etapie badań przedklinicznych. Pierwsze testy prowadzono na modelach ex vivo, czyli tkankach poza żywym organizmem. Naukowcy przygotowują się do badań in vivo, czyli prowadzonych na żywych organizmach.

– Pierwsze testy robi się na modelach ex vivo, bo są one łatwiej dostępne. Ustawia się wszystkie parametry, testuje się wszystkie procedury i wtedy możemy wykonywać dalsze kroki. o ile chodzi o zastosowania u ludzi, to już jest zupełnie inna bajka. To nie są do końca rzeczy naukowe, to bardziej temat dla przemysłu, który mógłby przejąć technologie i narzędzia, które wytwarzamy. Na dalszym etapie wymagałoby stosowania się do wszelkich regulacji pozwalających na stosowanie u ludzi – mówi dr Karol Karnowski.

Nad projektem pracuje pięć grup badawczych o różnych specjalizacjach. Ich kooperacja ma umożliwić rozwój i testowanie całej platformy oraz jej wykorzystanie w badaniach nad nowymi terapiami okulistycznymi.

– Połączenie robotyki z genetyką, biologią oka, bioinformatyką i obrazowaniem daje nam unikatowe możliwości opracowania platformy do wprowadzania leków i nowych terapii w okulistyce. Bez współpracy grup z różnych dziedzin nie byłoby możliwe przetestowanie takiego nowego urządzenia robotycznego i jego dalsze wprowadzenie. Takie połączenie doświadczeń i wiedzy z różnych dziedzin jest unikatowe w skali światowej i oferowane tylko przez nasz instytut – podkreśla prof. Maciej Wojtkowski.

Jednym z elementów rozwijanej platformy jest obrazowanie, które ma pozwalać na śledzenie położenia narzędzia względem struktur oka. Zespół IDoc pracował już wcześniej nad integracją manipulatora robotycznego z optyczną tomografią koherencyjną (OCT), umożliwiającą obrazowanie tkanek oka.

Projekt Międzynarodowe Agendy Badawcze jest realizowany w ramach programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki. Jego całkowite finansowanie wynosi 30 mln zł. W ramach projektu naukowcy zakładają rozwój technologii od poziomu TRL 4 do TRL 7, czyli od rozwiązania zweryfikowanego w warunkach laboratoryjnych do demonstracji prototypu w warunkach zbliżonych do rzeczywistych.