Vägen från universitetslabb till kommersialisering är särskilt komplex inom bioteknikindustrin. Utmaningarna sträcker sig från långa ledtider, ibland mätt i decennier, till kostnaderna för att omvandla idéer till innovationer, samt frågor om immateriella rättigheter, patentering och licensiering.

Men Nabil Simaan, en maskinteknikprofessor som är specialiserad på att designa robotar för att hjälpa kirurger att utföra operationer i områden av kroppen som är svåra att nå, avskräcker inte lätt. Han har många års erfarenhet av att samarbeta med kommersiella enheter samtidigt som han samlar in många patent – ​​tre bara under 2017.

Simaans Advanced Robotics and Mechanism Applications Laboratory vid Vanderbilt leder vägen för att utveckla flera robotteknologier för medicinsk användning, inklusive miniatyrrobotar för enstaka små snitt, cochleaimplantat och minimalt invasiva halsoperationer.

"En nyckelfokus för forskningen är designen av intelligenta robotenheter som kan känna av och reglera deras interaktion med anatomin, "Simaan sa. "Dessa robotar kan användas i samarbete med en kirurg för att säkert skära ut eller ta bort vävnad."

Simaan är meduppfinnare av Insertable Robotic Effector Platform. IREP – en portfölj med flera patent – ​​tros vara världens minsta robotsystem och hyllades som ett medicinskt vetenskapligt genombrott 2013. Det är licensierat till Titan Medical och ledde till utvecklingen av Titan SPORT-systemet för enportskirurgi. .

Det lilla robotkirurgiska verktyget kommer in i kroppen genom ett anmärkningsvärt litet snitt - sex tiondels tum, eller 15 millimeter. Väl inne i kroppen, det utvecklas för att avslöja ett kamerasystem för 3D-visualisering och bildåterkoppling, och två ormliknande armar som utför operationen.

IREP har gått igenom flera utvecklingsstadier. Först, Columbia University datavetare Peter Allen skapade en insättningsbar kamera som lutade, panorerade och följde rörelserna av kirurgiska instrument inifrån buken, och projicerade sin vision på en datorskärm. Kirurgen Dennis Fowler vid Columbia utförde ett antal blindtarmsoperationer, nefroskopier och andra operationer på svinmodeller som använder tekniken.

På Vanderbilt, Simaan utrustade IREP med två ormliknande armar byggda av en serie push-pull flexibla balkar som kan böja och vrida armarna i önskade riktningar. Simaan gav också IREP handleder och gripare för att manipulera föremål.

"Vanligtvis, som ett forskningslabb, vi försöker vara minst 10 år före industrin för att hjälpa till att inleda nya metoder för kirurgi via ny teknik, " sa han. "Men universitetsforskare och industrin kommer ikapp." Simaan flyttade ARMA-labbet till Vanderbilt när han började på ingenjörsfakulteten 2012.

Den senaste ARMA-tekniken - en prototyp av robotsystem för att ta bort blåstumörer - visar mycket lovande, har visat sig vara framgångsrik i djurstudier. Forskningen, nyligen publicerad av Journal of Endourology, fick ett pris för bästa papper vid 2018 Engineering and Urology Society-konferensen.

Bland alla cancerdiagnoser, förekomsten av blåscancer rankas på fjärde plats i USA och på sjunde plats i världen hos män. "Blascancer är också mycket dyr att behandla. Den kräver upprepade resektioner eftersom kirurger tar bort en blåstumör "bitvis" och det resulterar ofta i återfall och fler operationer, " sa Simaan.

Simaan och hans team utvecklade en transuretral robotplattform som heter TURBot. Det är det första endoskopiska robotsystemet som ger full kirurgisk täckning med synlighet av blåsan, inklusive halsen och kupolen, och den första som har utvärderats under djurförsök in vivo.

Tre 1,8 mm arbetskanaler av TURBots miniatyr multibackbone kontinuumrobot använder gripare, anpassade flexibla kameror, och andra avbildningssonder för att nå alla regioner i urinblåsan. Simulerade blåsskador ablerades framgångsrikt med laser.

Simaan och två tidigare studenter har varit med och grundat en startup för att utveckla sådana teknologier för robotassisterad transuretral resektion av blåstumörer.