Врачи берут микроскопический аппарат, загруженный химическими веществами, убивающими рак, вводят их в человеческое тело и направляют к злокачественной опухоли, чтобы доставить полезную нагрузку, прежде чем совершить быстрый выход.
На протяжении большей части 55 лет, прошедших с тех пор, как «Фантастическое путешествие» уменьшило Ракель Уэлч и компанию до размера клетки, чтобы вырвать сгусток крови из мозга ученого, этот сценарий был чистой научной фантастикой.
Но Bionaut Labs, стартап медицинских микророботов с дистанционным управлением, намеревается стать первой компанией, которая воплотит это в клиническую реальность.
Получив 20 миллионов долларов венчурного финансирования и опираясь на недавние достижения в Робототехника и точное производство, компания Калвер-Сити разрабатывает устройство размером с хлебную крошку, которое врачи могут вставить в позвоночник или череп и магнитным способом направить к цели, чтобы доставить точную дозу лекарств. Планируется перейти к клиническим испытаниям к 2023 году.
Майкл Шпигельмахер, исполнительный директор Bionaut, сказал, что он и его соучредитель Авиад Майзельс создали компанию в 2016 году для решения фундаментальной проблемы современной медицины: доставки лекарства в нужное место в нужной дозе.
Крупный план спирального устройства Bionaut.
(Jon McKee Photography)
Большая часть доставки лекарств сегодня основана на диффузии через кровоток, что требует высоких доз, чтобы гарантировать, что достаточное количество активных ингредиентов попадает к цели, и часто означает, что остальная часть тела поражается одновременно. «Он носит статистический характер и не точен», — сказал Шпигельмахер. «Мы просто хотели придумать способ добраться туда», в проблемную зону, «вместо того, чтобы заливать тело лекарствами».
Шпигельмахер и Майзельс работали вместе в середине 2000-х в PrimeSense, 3 -D sensing стартап, который разработал Xbox Kinect до того, как был приобретен Apple в 2013 году, и поддерживал связь по мере роста их взаимного интереса к развивающейся области медицинских микророботов. Они сосредоточились на исследованиях, проводимых Институтом интеллектуальных систем им. Макса Планка в Штутгарте, Германия, и обратились к руководителю лаборатории, ученому по имени Пир Фишер, с просьбой о сотрудничестве над тем, что они могли бы вывести на рынок
.
Фишер стал старшим научным консультантом Bionaut, и компания начала финансировать его исследования, прежде чем привлечь несколько раундов венчурного капитала от Upfront Ventures, Khosla Ventures и Revolution, среди других, чтобы нанять небольшую команду и начать тестирование технологии на живых животных в своем офисе в Калвер-Сити. По словам Шпигельмахера, спустя четыре года компания готова усовершенствовать свою технику и подготовиться к испытаниям на людях.
Bionaut нацелен на глиомы ствола мозга, тип рака, который в основном поражает детей и молодых людей, в качестве первого шага. для доказательства своей техн. Опухоли головного мозга особенно сложно лечить с помощью современных технологий: облучение и хирургическое вмешательство могут нанести слишком большой ущерб нежным тканям, а гематоэнцефалический барьер не позволяет большинству химиотерапевтических препаратов достигать опухоли. Возможность доставлять лекарства прямо в опухоль была бы значительным достижением.
Устройство Bionaut перемещается из катетера в субарахноидальное пространство позвоночника живой овцы. 2020 год.
(Bionaut Labs)
Вот как это работает: врач вводит несколько устройств Bionaut в позвоночник через катетер. Каждое устройство достаточно велико, чтобы его можно было хорошо увидеть на прямом рентгеновском снимке; существует технология производства, позволяющая делать устройства еще меньше, но Bionaut решила сохранить их близкие к миллиметровому масштабу, чтобы сделать их менее трудными для отслеживания и маневрирования через тело.
Набор магнитов, расположенных вокруг головы и шеи, создает внешнее магнитное поле, которым врач может управлять, чтобы протолкнуть устройства вверх по позвоночнику и в пораженный участок ствола мозга. Как только они окажутся в нужном положении, другой магнитный сигнал активирует крошечный поршень в грузовом отсеке каждого устройства, выбрасывая лекарство. Затем врач может вернуть устройства туда, где они вошли в позвоночник, и удалить их.
Научные исследования, лежащие в основе технологии Bionaut, начались несколько десятилетий назад, но ускорились в последние годы.
«Есть — статьи из 80-х, в которых человек берет большой винт — я буквально говорю о большом винте, который вы вставляете в стену — и магнитно управляет им, чтобы продвинуть кусок стейка », — сказал Шпигельмахер. «Это было небезопасно, но концепция была».
Сейчас область прецизионного производства продвинулась до такой степени, что крошечные медицинские устройства могут производиться серийно через сеть поставщиков аналогично другой бытовой электронике. «Главное, что мы здесь не изобретаем велосипед», — отметил Шпигельмахер.
Цзиньсин Ли, доцент кафедры биомедицинской инженерии в Университете штата Мичиган, который занимается медицинской микроробототехникой, назвал команду Фишера в компании Max Planck «одним из пионеров в этой технологии». Ли сказал, что ожидает, что в ближайшие годы у Bionaut появится ряд новых конкурентов, поскольку микророботы используются во все большем количестве медицинских процедур.
Марк Мискин, доцент кафедры электротехники в Университете Пенсильвании, который работает над нанороботами, сказал, что нервная система особенно хорошо подходит для вмешательства микророботов. «Я бы отдал им должное за то, что они нашли пространство, в котором они могут оказать влияние, и обосновать свою конкурентоспособность с традиционными фармацевтическими подходами», — сказал он.
Некоторые минимально инвазивные методы хирургии головного мозга уже полагайтесь на изогнутые тонкие эндоскопы и хирургические инструменты через позвоночник, чтобы добраться до черепа. «Избавиться от шнура — отличная идея», — сказал Мискин. «Вы обязательно должны это сделать».
Бионо также сотрудничает с внешними исследователями, которые пытаются разработать фармакологическое лечение болезни Хантингтона, которая влияет на набор нейронов, скрытых глубоко в мозгу, называемых базальными ганглиями. Система Bionaut не только позволит хирургам избежать разрезания черепа для достижения целевой области, но также может позволить им использовать менее опасные углы подхода через серое вещество, что было бы невозможно без беспроводного инструмента. «Мы физически освобождаем их от требований к прямолинейности, которых они должны придерживаться сегодня», — сказал Шпигельмахер
Следующим препятствием для Bionaut является процесс клинических испытаний. В то время как медицинские устройства обычно проходят упрощенный процесс утверждения, сочетание новой технологии Bionaut с доставкой лекарств означает, что они должны пройти полный режим Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. Согласно недавнему исследованию Массачусетского технологического института, большинство новых лекарств, требующих одобрения FDA, терпят неудачу, и, согласно недавнему исследованию, проведенному в Массачусетском технологическом институте (Массачусетском технологическом институте), показатели успешности широко варьируются от 33% для новых вакцин от инфекционных заболеваний до всего 3,4% для экспериментальных противораковых препаратов .
Bionaut сначала нацеливается на глиомы ствола мозга, отчасти чтобы увеличить эти шансы. «Это редкое заболевание, лекарства на данный момент нет, и они поставляют проверенные и одобренные препараты для химиотерапии, которые убивают опухолевые клетки», — сказал Кевин Чжан, партнер Upfront Ventures, руководивший инвестициями фонда в Bionaut. Для лечения редких заболеваний можно подать заявку на получение статуса «сирота» в FDA, которое предоставляет налоговые льготы и оптимизирует процесс регулирования. «Лучший способ улучшить свои шансы, помимо хорошего решения», — сказал Чжан, — «это выбрать правильную проблему, которую нужно решать с высокими неудовлетворенными потребностями».
Если лечение глиомы проходит через клинические испытания В ходе испытаний планируется распространить эту технологию на другие состояния центральной нервной системы и другие области, на которые трудно воздействовать лекарствами, например, внутри глаза. Переход к остальной части тела еще дальше на горизонте.
Но первый шаг — это вложить серьезные деньги в подход, чтобы доставить его из лаборатории в операционные. Когда Шпигельмахер впервые обратился к инвесторам по поводу идеи, которая станет Bionaut, большинство отвергло его, убеждая его подождать, пока академические исследователи доработают науку. Для Шпигельмахера коммерциализация была способом «добраться до пациентов раньше, чем в противном случае», — сказал он. «Не в темпе академических кругов».
