Få robotkirurgiske værktøjer fra laboratoriet til operationsstuen

Vejen fra universitetslaboratorium til kommercialisering er især kompleks i biotekindustrien. Udfordringerne spænder fra lange leveringstider, nogle gange målt i årtier, til omkostningerne ved at omdanne ideer til innovationer, samt spørgsmål om intellektuel ejendomsret, patentering og licensering.

Alligevel Nabil Simaan, en maskiningeniørprofessor, der har specialiseret sig i at designe robotter til at hjælpe kirurger med at udføre operationer i områder af kroppen, der er svære at nå, afskrækker ikke let. Han har mange års erfaring med at arbejde sammen med kommercielle enheder, mens han indsamler adskillige patenter - tre alene i 2017.

Simaans Advanced Robotics and Mechanism Applications Laboratory i Vanderbilt er førende i at fremme adskillige robotteknologier til medicinsk brug, inklusive miniaturerobotter til enkelt lille snit, cochleaimplantat og minimalt invasive halsoperationer.

"Et hovedfokus for forskningen er design af intelligente robotanordninger, der kan fornemme og regulere deres interaktion med anatomien, "Simaan sagde. "Disse robotter kan bruges sammen med en kirurg til sikkert at udskære eller fjerne væv."

Simaan er medopfinder af Insertable Robotic Effector Platform. IREP – en portefølje af flere patenter – menes at være verdens mindste robotsystem og blev hyldet som et lægevidenskabeligt gennembrud i 2013. Det er licenseret til Titan Medical og førte til udviklingen af ​​Titan SPORT-systemet til enkeltports-adgangskirurgi. .

Det lille kirurgiske robotværktøj kommer ind i kroppen gennem et bemærkelsesværdigt lille snit - seks tiendedele af en tomme, eller 15 millimeter. En gang inde i kroppen, det udfolder sig for at afsløre et kamerasystem til 3-D visualisering og billedfeedback, og to slangelignende arme, der udfører operationen.

IREP har gennemgået flere udviklingsstadier. Først, Columbia University datalog Peter Allen udtænkte et indsætteligt kamera, der vippede, panorerede og fulgte bevægelserne af kirurgiske instrumenter inde fra maven, og projicerede sit syn på en computerskærm. Kirurg Dennis Fowler ved Columbia udførte en række blindtarmsoperationer, nefroskopier og andre operationer på svinemodeller ved hjælp af teknologien.

Hos Vanderbilt, Simaan udstyret IREP med to slangelignende arme bygget af en række push-pull fleksible bjælker, der kan bøje og dreje armene i de nødvendige retninger. Simaan gav også IREP håndled og gribere til at manipulere objekter.

"Typisk, som et forskningslaboratorium, vi forsøger at være mindst 10 år foran industrien for at hjælpe med at indlede nye tilgange til kirurgi via nye teknologier, " sagde han. "Men universitetsforskere og industrien indhenter det." Simaan flyttede ARMA-laboratoriet til Vanderbilt, da han kom til ingeniørfakultetet i 2012.

Den seneste ARMA-teknologi - et prototyperobotsystem til at fjerne blæretumorer - viser stort løfte, har vist sig vellykket i dyreforsøg. Forskningen, for nylig udgivet af Journal of Endourology, opnåede en pris for bedste papir ved 2018 Engineering and Urology Society-konferencen.

Blandt alle kræftdiagnoser er forekomsten af ​​blærekræft ligger på fjerdepladsen i USA og på syvendepladsen på verdensplan hos mænd. "Blærekræft er også meget dyrt at behandle. Det kræver gentagne resektioner, fordi kirurger fjerner en blæretumor 'stykkevis', og det resulterer ofte i tilbagefald og flere operationer, " sagde Simaan.

Simaan og hans team udviklede en transurethral robotplatform kaldet TURBot. Det er det første endoskopiske robotsystem, der giver fuld kirurgisk dækning med synlighed af blæren, inklusive hals og kuppel, og den første, der er blevet evalueret under in vivo dyreforsøg.

Tre 1,8 mm arbejdskanaler af TURBots miniature multibackbone kontinuumrobot bruger gribere, brugerdefinerede fleksible kameraer, og andre billeddannende prober for at nå alle områder af blæren. Simulerede blærelæsioner blev med succes ableret med laser.

Simaan og to tidligere studerende har været med til at stifte en startup, der skal udvikle sådanne teknologier til robotassisteret transurethral resektion af blæretumorer.