豚の臓器を引っ張るロボットが人間の赤ちゃんを救うかもしれない

この豚は普通の豚と見た目は変わらないが、科学研究のために1週間前からバックパックを背負っている。頭のすぐ後ろにはバッテリーとプロセッサーを備えた制御ボックスがあり、そこからケーブルが豚の脇腹を通して伸びている。豚の脇腹に入ったケーブルは、胃への通路である食道に固定された特殊なロボットに接続される。ロボットは少しずつ伸び、チューブも伸びていく。

この豚は必ずしもロボットに食道を引っ張ってもらう必要はありませんが、食道閉鎖症と呼ばれる疾患で生まれつき食道の一部が欠損している子どもたちは、近い将来、食道閉鎖症を患う可能性があります。研究者たちは本日、Science Robotics誌に、このロボットがこの疾患の治療だけでなく、感染症によって腸の大部分を失う短腸症候群の治療にも役立つ可能性があると詳細に報告しました。つまり、埋め込み型ロボットは人体の臓器を拡張するのに役立つ可能性があるということです。ただし、ここで行われているように、体を伸ばして拡張するわけではないという奇妙な事実が浮かび上がります。

食道閉鎖症の現在の治療は、決して単純でも快適でもない。外科医は食道の両端に縫合糸を取り付け、子供の背中に開いた切開部から糸を引き出す。「この糸を子供の背中のボタンのようなものに結び付けます」と、論文の共著者であるボストン小児病院の研究者ピエール・デュポン氏は語る。「そして、このようにして両端に張力をかけるのです。」こうして食道の分断された部分が長くなり、外科医が胸に戻して縫い合わせると、かつては隙間だった部分が繋がることになる。

問題は、この延長手術には最大1ヶ月かかることがあり、その間ずっと子供を鎮静させなければならないことです。縫合糸にはかなりの張力がかかっており、患者が動くと糸が抜けてしまう可能性があります。それに加えて、手術はもっと正確に行うべきです。外科医は経験に基づいて、どの程度の張力を加えるかを判断します。「強く引っ張りすぎると組織が裂けてしまいます」とデュポン氏は言います。「引っ張りが足りないと組織は成長しません。しかし、外科医は裂けることなく、できるだけ強く引っ張ろうとします。なぜなら、子供を必要以上に麻痺させ、鎮静状態にさせたくないからです。」

理想的には、体内で動作し、どの程度の張力をかける必要があるかを自動的に感知する、より精密なシステムを構築できるでしょう。そこで豚が登場します。豚の食道は一部欠損しているわけではないので、この実験では、食道に巻き付け、1.5インチ間隔で縫合された2つのリングで接続されたロボットが、ゴムバンドのようにチューブを伸ばすように伸びます。

ただし、実際には実際には伸びていない。「これは私たちの外科医が組織を観察した経験から知っていたことです」とデュポン氏は言う。「しかし、これまで検証できなかったのです。」従来の外科手術やロボット手術に伴う張力は、実際には新しい組織の成長を促している。ロボット手術は食道に新しい細胞の生成を促し、単に管を伸ばすだけの場合よりも組織をより健全なものにしている。研究者たちは、わずか1週間強で豚の食道の長さを75%も伸ばすことに成功した。

理論的には、食道に隙間のある子供の場合、ロボットは食道を延長させることになります。ただ、不完全な両端を合わせるだけです。外科医は、リング状のものを1つ食道の上端に、もう1つを食道の下端に縫合します。時間の経過とともにロボットは収縮し、両端を徐々に近づけ、細胞の増殖を促します。最終的に隙間は十分に狭まり、外科医はチューブの両端を縫い合わせて食道を再建できるようになります。

このロボットは短腸症候群の治療にも応用できる可能性があります。この症例では、外科医が感染した腸のかなり長い部分を切除しました。「残った部分が非常に短いため、食物は片方の端から入っても、栄養を吸収する機会もなく、もう片方の端から出てしまいます」とデュポン氏は言います。「ですから、腸を延長させる方法があれば、これらの子豚は静脈から栄養を摂取する必要がなくなります。」この場合、ロボットは豚の場合と同様に、腸に付着してゆっくりと拡張し、臓器を延長させる働きをします。

「これは非常に興味深いコンセプトで、極めて困難な患者群の治療に挑戦しています」と、心臓の拍動を補助するロボットを開発した研究者、ニコライ・ヴァシリエフ氏は語る。「このロボットを安全に摘出できるかどうか、そして組織が長期的にどのように反応するかはまだ分かっていません。」

解決策は分解性素材かもしれない。「私がやりたいのは、自分のロボットを腸の外側に設置しても吸収性を持たせ、すべての部品が分解して消えてなくなるようなバージョンを作ることです」とデュポン氏は言う。つまり、ロボットは消化器系の外で実質的に消化されることになる。

しかし、そのすべてが実現する前に、研究者たちは100ポンド（約45kg）の豚を相手に働くロボットを、生後3ヶ月の人間にフィットするだけでなく、完全に豚の体内で機能するほど小型化する必要がある。これは不可能ではないようだ。ロボットは今後ますます小型化、高度化していくだろう。そして間もなく、あらゆる種類の機械が人間の体内に侵入するだろう。例えば、豚の腸で作られたロボットを飲み込むなど。豚に感謝だ。それで十分だろう。