Polscy naukowcy pracują nad robotem do podawania leków do oka. Technologia ma zwiększyć precyzję zabiegów

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 obecnie 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 za pomocą 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 w odpowiednim 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 kluczowe – 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 obecnie 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. Jeżeli 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 współpraca 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.