ยาเม็ดสั่นได้ เซ็นเซอร์กลืนได้: นวัตกรรมใหม่หุ่นยนต์จิ๋วรักษาโรคระบบทางเดินอาหาร

แม้กล้องเอนโดสโคปจะช่วยให้แพทย์เห็นสภาพภายในของระบบทางเดินอาหาร แต่ก็ยังมีข้อจำกัดเรื่องพื้นที่ที่กล้องจะเข้าถึงและภาพที่สามารถมองเห็น หลังจากนั้นก็มีการพัฒนาอุปกรณ์ถ่ายภาพขนาดจิ๋วในรูปแบบของยาเม็ดอิเล็กทรอนิกที่สามารถกลืนได้ขึ้นมาใช้ ทว่าก็ยังไม่ตอบโจทย์ทั้งหมด เพราะถึงกล้องจิ๋วนี้จะเข้าไปในทางเดินอาหารได้ทั่วถึงทั้งหมด แต่ก็ไม่สามารถเลือกเจาะจงเฉพาะจุดหรือหยุดการเคลื่อนที่ไว้ชั่วคราวได้

ขณะนี้บรรดานักวิจัยทางการแพทย์กำลังหันมาใช้หุ่นยนต์ขนาดเล็กเพื่อรักษาหรือวินิจฉัยความผิดปกติของระบบทางเดินอาหาร ไม่ว่าจะเป็นเม็ดยาที่สั่นเพื่อบรรเทาอาการท้องผูก เซ็นเซอร์ที่สามารถติดตามได้ในลำไส้

ทีมนักวิจัยของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีแห่งแมสซาชูเซตส์ (MIT) และสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย (Caltech) ร่วมกันพัฒนาเซ็นเซอร์ที่สามารถกลืนได้ซึ่งสามารถมองเห็นได้ขณะที่มันกำลังเคลื่อนที่ไปตามทางเดินอาหาร

เซ็นเซอร์ ซึ่งยาว 20 มิลลิเมตร เส้นผ่าศูนย์กลาง 8 มิลลิเมตร ช่วยให้แพทย์วินิจฉัยภาวะการเคลื่อนไหวของทางเดินอาหารผิดปกติ ที่ขัดขวางไม่ให้อาหารเคลื่อนที่ไปตามทางเดินอาหารตามปกติ โดยตำแหน่งของแคปซูลจิ๋วติดเซ็นเซอร์จะเผยให้เห็นจุดที่เกิดการชะลอตัว

ศรันช์ ชาร์มา นักศึกษาระดับปริญญาเอกของ Caltech ซึ่งมีส่วนร่วมในการพัฒนาเซ็นเซอร์วินิจฉัยโรคที่กลืนได้นี้ด้วยเผยกับสำนักข่าว AFP ว่า “นี่เป็นสาขาที่กำลังบูมมาก คุณมีหุ่นยนต์ทางการแพทย์ที่มีขนาดเล็กมาก คุณสามารถส่งพวกมันเข้าไปในตัวคนได้ผ่านช่องปาก และพวกมันสามารถรับรู้และรับคำสั่งได้หลายอย่างภายในลำไส้ นั่นทำให้แพทย์มีข้อมูลที่จำเป็นมากมายในการทำงานที่ดีขึ้นในการรักษา การวินิจฉัย และการวางแผนการรักษา”

เซ็นเซอร์นี้ยังเป็นทางเลือกแทนที่กระบวนการที่ต้องรุกล้ำร่างกาย อาทิ การส่องกล้อง หรือเทคนิคการวินิจฉัยโรคอย่างอื่น เช่น เวชศาสตร์นิวเคลียร์ เอกซเรย์ หรือหลอสวน

ผลการวิจัยซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Nature Electronics ระบุว่า เซ็นเซอร์จะทำงานโดยตรวจจับสนามแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ภายนอกร่างกาย โดยความเข้มข้นของสนามแม่เหล็ก ซึ่งจะแต่งต่างกันตามระยะห่างระหว่างขดลวดและตำแหน่งขงเซ็นเซอร์ที่อยู่ในทางเดินอาหาร สามารถคำนวณได้ภายในหน่วยมิลลิเมตรซึ่งขึ้นอยู่กับสนามแม่เหล็ก

ขณะนี้เซ็นเซอร์จิ๋วอยู่ในขั้นตอนของการทดลองในหมู และจะทดลองทางคลินิกในมนุษย์ต่อไปหากองค์การอาหารและยา (FDA) ของสหรัฐฯ ไฟเขียว

ขณะที่เซ็นเซอร์ที่กลืนลงท้องได้ยังอยู่ในระยะของการพัฒนา ก็มีแคปซูลที่สั่นได้ที่ถูกออกแบบมาเพื่อบรรเทาอาการท้องผูกเรื้อรังออกมาใช้งานแล้ว โดยเป็นของบริษัท Vibrant Gastro ในอิสราเอล เจ้าแคปซูลสั่นได้นี้จะสร้างการสั่นสะเทือนอย่างอ่อนโยนเพื่อกระตุ้นลำไส้ใหญ่และเพิ่มจำนวนและความถี่ของการเคลื่อนไหวของลำไส้

อีกนวัตกรรมหนึ่งที่น่าสนใจไม่แพ้กันคือ หุ่นยนต์แม่เหล็กแบบอ่อนนุ่มที่สามารถเคลื่อนที่ได้ว่องไวไปตามทางเดินอาหารที่แคบที่สุด เพื่อใช้เป็นตัวส่งยาไปยังจุดต่างๆ ของระบบย่อยอาหารโดยตรง

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยจีนแห่งฮ่องกง (CUHK) และมหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอนในสหรัฐฯ ลงมือสร้างหุ่นยนต์จิ๋วแบบอ่อนนุ่มจากแม่เหล็กเหลว นักวิทยาศาสตร์สามารถควบคุมหยดของแม่เหล็กเหลวนี้โดยใช้สนามแม่เหล็กภายนอก ทำให้พวกมันยืด กระโดด หมุน กลิ้งเกลือก  และสั่นได้ และมันยังก่อตัวเป็นผิวหนังสังเคราะห์เพื่อพันล้อมรอบวัตถุแล้วเคลื่อนย้ายมันออกมา

แต่ที่น่าทึ่งไปกว่านั้นคือ หยดแม่เหล็กเหลวเพียงหยดเดียวสามารถแยกตัวออกมาเป็นหลายๆ หยดแล้วกลับไปรวมตัวกันเป็นหยดเดียวใหม่ได้คล้ายๆ กับอะมีบา เพื่อให้มันเคลื่อนที่ผ่านจุดที่แคบๆ เล็กๆ ไปได้

หยดแม่เหล็กเหลวขนาด 4 มิลลิเมตร หรือ 1 ใน 8 ของ 1 นิ้ว สามารถเกาะติดกับเม็ดยา ทำให้เคลื่อนที่ได้คล่องตัว และเคลื่อนที่ภายใต้การควบคุมภายในแบบจำลองกระเพาะสัตว์ได้ และเมื่อมันเดินทางไปถึงจุดที่ติดเชื้อแล้ว ตัวยาก็จะถูกปล่อยออกมาตามคำสั่งด้วยการแตกตัวออกไปยังจุดนั้นๆ โดยตรง แทนที่จะกระจายไปทั่วอวัยวะนั้นๆ แบบสุ่ม คนไข้สามารถกลืนแคปซูลอ่อนนุ่มนี้เข้าไปทางปากหรือส่งเข้าไปผ่านกล้องเอนโดสโคปก็ได้ โดยแพทย์จะใช้ระบบควบคุมแม่เหล็กในโรงพยาบาลเพื่อขับเคลื่อบการเคลื่อนที่ของแคปซูล ซึ่งสามารถติดตามการเคลื่อนที่ผ่านการถ่ายรังสีทรรศน์ที่เห็นภาพภายในร่างกายแบบเรียลไทม์ และเมื่อใช้เจ้าหุ่นยนตฺอ่อนนุ่มนี้เสร็จแล้ว แคปซูลที่ใช้แล้วก็สามารถขับถ่ายออกมาได้ หรือใช้กล้องเอนโดสโคปเก็บออกมาได้

ผลการวิจัยชิ้นนี้ตีพิมพ์ลงในวารสาร Nature Communications และจางหลี่ ผู้วิจัยอาวุโสของการวิจัยชิ้นนี้จากคณะวิศวกรรมเครื่องกลและระบบอัตโนมัติของ CUHK ยังเป็นผู้ร่วมสร้างหุ่นยนต์สไลม์แม่เหล็กที่กลายเป็นข่าวโด่งดังเมื่อปี 2022 และใช้หลักการคล้ายๆ กันนี้ด้วย

หุ่นยนต์สไลม์แม่เหล็ก สามารถดักจับสิ่งแปลกปลอมในร่างกายได้อย่างแม่นยำ มีลักษณะเป็นเมือกสีดำ มีความยืดหยุ่นสูง คล้ายกับสไลม์ของเล่นยอดนิยมของเด็กๆ สามารถเปลี่ยนรูปร่างได้เมื่อต้องผ่านส่วนที่คับแคบในร่างกาย ตลอดจนพันรอบวัตถุและรักษาตัวเองได้

เป้าหมายของทั้งสองโครงการนี้คือ การสร้างหุ่นยนต์อ่อนนุ่มขนาดจิ๋วสำหรับการใช้งานด้านชีวการแพทย์ เช่น การนำส่งยาตามเป้าหมาย การผ่าตัดแบบรุกล้ำร่างกายน้อยที่สุด และการปลูกถ่ายเซลล์ ซึ่งเป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์พยายามทำให้สำเร็จมานานหลายปี

หากทั้งสองนวัตกรรมนี้สำเร็จสามารถนำมาใช้กับร่างกายมนุษย์ การรักษาโรคเกี่ยวกับระบบทางเดินอาหารของแพทย?จะเป็นเรื่องง่ายกว่านี้ ส่วนคนไข้ก็ไม่ต้องทำการผ่าตัดใหญ่ซึ่งส่งผลต่อการฟื้นตัวกลับมาเป็นปกติ

ภาพ: MIT News

https://news.mit.edu/2023/ingestible-sensor-could-help-doctors-pinpoint-gi-difficulties-0213