Lai vadītu, tika izmantots manipulators ar pastāvīgu magnētu.
Pētnieki izveidojuši biogibrīdu mikrorobotus, pārklājot spermatozoīdus ar magnētiskām nanodaļiņām. Šos «kiborgus» vadīja, izmantojot magnētiskos laukus, un pirmo reizi ar rentgena stariem izsekoja to atrašanās vietu cilvēka ķermeņa modeļa iekšienē. Tas atver jaunas perspektīvas neauglības ārstēšanai un mērķtiecīgai zāļu piegādei.
Spermatozoīdiem ir unikālas dabiskas spējas. Tie ir efektīvi un ātri peldētāji, pielāgoti navigācijai sarežģītā sieviešu reproduktīvās sistēmas vidē. Pateicoties šīm īpašībām, tie kļuvuši par perspektīviem kandidātiem medicīnisko mikrorobotu izveidei, kas spēj piegādāt zāles vai veikt citas funkcijas orgānu iekšienē.
Galvenā problēma, kas traucēja to izmantošanai, bija neredzamība. Spermatozoīdi ir pārāk mazi, tiem ir zema blīvuma un tie ir gandrīz caurspīdīgi rentgena stariem. Tāpēc izsekot to kustību ķermeņa iekšienē, izmantojot standarta neinvazīvas metodes, bija neiespējami. Esošās optiskās pieejas vai nu prasīja ķirurģisku iejaukšanos, vai bija ierobežotas ar mazu iekļūšanas dziļumu, kas nebija piemērots procesu izpētei cilvēka organismā.
Zinātnieku komanda no Nīderlandes un Kanādas atrada risinājumu šai problēmai. Rezultāti publicēti žurnālā npj Robotics. Pētnieki izmantoja nedzīvus bullīšu spermatozoīdus, kas kalpoja par bioloģisko pamatu mikrorobotiem.
Vispirms šūnas grupēja klasteros, tad tās pārklāja ar dzelzs oksīda nanodaļiņām. Šis process balstās uz elektrostatisko pašsavilkšanu — daļiņas pašas pievelkas pie spermatozoīdu virsmas. Nanodaļiņas veic divas funkcijas: padara klasterus jutīgus pret ārējiem magnētiskajiem laukiem un pietiekami blīvus, lai absorbētu rentgena starojumu. Gatavos mikrorobotus ievietoja ar šķidrumu piepildītā anatomiskā modeļa sieviešu reproduktīvās sistēmas, kas izdrukāta uz 3D printera.
Lai vadītu robotus, tika izmantots robotizēts manipulators ar pastāvīgu magnētu. Tas radīja rotējošu magnētisko lauku, kas lika klasteriem ripojot pa modeļa iekšējām virsmām. Tādējādi pirmo reizi izdevās vienlaikus vadīt biorobotus un izsekot to pārvietošanos reālajā laikā, izmantojot rentgena fluoroskopiju.
Eksperimentu laikā mikroroboti demonstrēja augstu vadāmību. Tos veiksmīgi vadīja visā modelī: no dzemdes kakla caur tās dobumu līdz labajai vai kreisajai olvadiem. Viss ceļš aizņēma mazāk nekā 50 sekundes. Klasteru kustības ātrums bija atkarīgs no magnētiskā lauka rotācijas frekvences. Palielinot frekvenci no diviem līdz 10 herciem, robotu vidējais ātrums pieauga līdz 8-12 milimetriem sekundē. Turpmāka frekvences palielināšana noveda pie tā, ka klasteri sāka izirst mazākās daļiņās.
Pētnieki pārbaudīja trīs dažādas magnētisko nanodaļiņu koncentrācijas: viens, divi un trīs miligrami uz mililitru. Visas tās izrādījās pietiekamas gan uzticamai vadībai, gan skaidrai vizualizācijai ar rentgena stariem. Tika pārbaudīta arī robotu bioloģiskā saderība. Klasteri 72 stundas kontaktējās ar cilvēka endometrija šūnu kultūru. Testi parādīja, ka tie nerada būtisku toksicitāti — šūnu dzīvotspēja saglabājās no 74% līdz 88%.
