波士顿儿童医院的研究人员报告说，一种植入式可编程医疗机器人可以通过施加牵引力逐渐拉长管状器官，刺激组织生长在发育不良的器官中，而不会干扰器官功能或引起明显的不适。
今天在Science Robotics中描述的机器人系统诱导细胞增殖并使大型动物食道的一部分延长约75%，而动物保持清醒和活动。研究人员表示，该系统可以治疗长间隙食管闭锁，这是一种罕见的出生缺陷，其中部分食管缺失，也可用于延长短肠综合征的小肠。
对于长间隙食管闭锁最有效的当前手术，称为Foker手术，使用锚固在患者背部的缝合线逐渐拉动食道。为了防止食道撕裂，患者必须在医学诱导的昏迷中瘫痪，并在重症监护病房进行机械通气一至四周。长时间的固定也可能导致医疗并发症，如骨折和血栓。
“这个项目证明了概念验证，微型机器人可以诱导生物体内的器官生长进行修复或更换，同时避免了最困难的食管闭锁病例目前所需的镇静和瘫痪，”Russell Jennings医学博士说。波士顿儿童医院食道和气道治疗中心主任，以及该研究的共同研究员。“这些机器人的潜在用途尚未得到充分探索，但它们肯定会在不久的将来应用于许多器官。”
电动机器人装置仅连接到食道，因此允许患者自由移动。它由光滑，生物相容，防水的“皮肤”覆盖，包括两个连接环，放置在食道周围并用缝线缝合到位。身体外部的可编程控制单元向环施加可调节的牵引力，缓慢且稳定地沿所需方向拉动组织。
该装置在猪的食道中进行了测试(5个接受植入物，3个作为对照)。两个环之间的距离(以相反方向拉动食道)每天增加2.5毫米的小幅增加，持续8到9天。即使该装置对其食道施加牵引力，动物也能正常进食，并且没有任何不适的迹象。
在第10天，食管段的长度平均增加了77%。检查组织显示组成食道的细胞增殖。器官也保持其正常直径。
“这表明我们并不是简单地延长食道 - 通过细胞生长延长食管，”该研究的高级研究员兼波士顿儿童心脏生物工程主任皮埃尔杜邦博士说。
研究小组现在开始在短肠综合症的大型动物模型中测试机器人系统。虽然长间隙食管闭锁很少见，但短肠综合征的患病率要高得多。短肠可由新生儿坏死性小肠炎，成人克罗恩病或严重感染或需要移除大部分肠道的癌症引起。
“短肠综合征是一种毁灭性的疾病，需要患者静脉注射，”该研究的共同作者，胃肠病学家Peter Ngo博士说。“反过来，这可能导致肝功能衰竭，有时需要进行肝脏或多脏器(肝脏 - 肠道)移植，结果既破坏又昂贵。”
该团队希望获得支持，继续在大型动物模型中对该设备进行测试，并最终进行临床试验。他们还将测试其他功能。
“没有人知道应用于器官诱导生长的最大力量，”杜邦解释说。“事实上，我们甚至不知道我们在临床上应用了什么样的力量。这都是基于外科医生的经验。机器人装置可以找出应用的最佳力量，然后精确地应用这些力量。”