(Nanorobot-Immagine Credit Public Domain).
Piccoli robot e veicoli di dimensioni nanometriche, i nanorobot, che possono navigare attraverso i vasi sanguigni per raggiungere il sito di una malattia potrebbero essere utilizzati per somministrare farmaci a tumori altrimenti difficili da trattare.
Una volta iniettati o ingeriti, la maggior parte dei farmaci si basa sul movimento dei fluidi corporei per orientarsi nel corpo. Significa che alcuni tipi di malattie possono essere difficili da trattare efficacemente in questo modo.
Un tipo aggressivo di tumore al cervello noto come glioblastoma, ad esempio, uccide centinaia di migliaia di persone all’anno. Ma poiché produce proiezioni simili a dita nel tessuto cerebrale di un paziente che danneggiano i vasi sanguigni intorno a loro, è difficile per i farmaci raggiungere il sito del tumore. “Se si iniettano particelle nel corpo, seguiranno il sangue”, ha affermato il Professor Daniel Ahmed, che attualmente dirige l’Acoustic Robotics Systems Lab presso l’ETH di Zurigo in Svizzera. Invece, gli scienziati si stanno rivolgendo ai nanodispositivi – minuscoli robot e veicoli – per fornire farmaci in tutto il corpo in modo controllabile. Ma prima devono capire come guidarli.
Le nanoparticelle sono “10 volte più piccole dei globuli rossi e se si utilizzano particelle passive, non c’è modo di controllarle”, afferma il Prof. Ahmed.
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Per superare questo problema, lui e i suoi colleghi del progetto SONOBOTS stanno usando gli ultrasuoni per manipolare nanodispositivi che trasportano farmaci che uccidono il cancro. La tecnologia a ultrasuoni viene generalmente utilizzata dai medici nell’imaging a causa del modo in cui le onde sonore ad alta frequenza rimbalzano su diverse parti del corpo, che possono essere utilizzate per creare un’immagine.
Il Prof. Ahmed e i suoi colleghi hanno dimostrato, tuttavia, che possono guidare una bolla d’aria racchiusa all’interno di un involucro polimerico e una sostanza chimica di imaging, consentendone la visualizzazione, utilizzando gli ultrasuoni. Chiamano questi minuscoli veicoli nanonuotatori a causa della loro capacità di muoversi in avanti attraverso un liquido. Le onde sonore spingono i gruppi di questi nanonuotatori verso le pareti del vaso. Questa forza, tuttavia, non è abbastanza forte da influenzare il movimento dei globuli rossi nel sangue. Il Prof. Ahmed afferma: “Per superare questo problema spostiamo i nanonuotatori verso le pareti del vaso sanguigno e li manipoliamo”, ha detto. “Ciò rende più facile guidare i nanonuotatori nella giusta direzione attraverso un vaso sanguigno poiché possono seguire le pareti”.
Nanonuotatori
Questa capacità di controllare finemente i nanonuotatori è necessaria se gli scienziati vogliono portare i loro nanoveicoli che trasportano farmaci ai glioblastomi, che è l’obiettivo finale. I vasi sanguigni che perdono intorno a questi tumori significano che i nanonuotatori dovranno essere attentamente indotti a navigare verso le cellule tumorali. Ma una volta lì, i ricercatori possono scuotere acusticamente il nuotatore in modo che rilasci il carico utile del farmaco nel tumore.
Finora, gli scienziati sono riusciti a manipolare e tracciare i loro nanonuotatori negli embrioni di zebrafish, ma il Prof. Ahmed ha affermato di essere ansioso di testare la tecnologia sui topi. “I pesci zebra hanno un cervello minuscolo, ma la loro barriera emato-encefalica non è matura. Dobbiamo passare ai topi per capire la permeabilità vascolare”.
“Sebbene ci siano numerosi meccanismi di propulsione che potrebbero essere utilizzati per guidare i nanoveicoli che trasportano farmaci, come sostanze chimiche, campi magnetici o luce, gli ultrasuoni sono attraenti per una serie di motivi”, ha affermato il Prof. Ahmed. “Le onde a ultrasuoni possono penetrare in profondità nel corpo, ma hanno dimostrato di essere sicure”. Vengono utilizzate di routine per rilevare i battiti cardiaci fetali nelle donne in gravidanza, ad esempio. La tecnologia è anche relativamente poco costosa e può essere trovata anche nella maggior parte degli Ospedali e delle cliniche. La somministrazione precisa di farmaci in punti specifici del corpo potrebbe aiutare ad affrontare altre malattie comuni, ma mortali.
Il Professor Salvador Pané e il Professor Josep Puigmartí-Luis, ricercatori del progetto ANGIE, sperano che la somministrazione mirata di farmaci consentirà ai medici di trattare in modo più efficace un numero maggiore di pazienti colpiti da ictus. Gli ictus ischemici, che si verificano quando i coaguli di sangue interrompono il flusso di sangue nel cervello, sono una delle principali cause di morte nell’Unione europea, con oltre 1,1 milioni di persone che soffrono di ictus ogni anno. La principale forma di trattamento per i pazienti che arrivano in Ospedale dopo un ictus è con farmaci anticoagulanti, ma questi vengono somministrati come iniezione e viaggiano intorno al corpo prima di raggiungere il cervello. Questi farmaci hanno anche molti effetti collaterali, che vanno dalla nausea e dall’abbassamento della pressione sanguigna all’emorragia cerebrale e non tutti sono in grado di assumerli. Se i trattamenti potessero essere diretti alla posizione in una vena o in un’arteria in cui si verifica un coagulo, potrebbe essere eliminao in modo molto più efficace. “Se concentriamo la quantità necessaria nel coagulo, ridurremo drasticamente questi effetti collaterali e saremo in grado di trattare più pazienti e ridurre gli effetti collaterali”, ha affermato il Prof. Pané, co-Direttore del Multi-Scale Robotics Lab dell’ETH Zurigo e capo del suo laboratorio di chimica. In ANGIE i ricercatori stanno creando minuscoli nanorobot che possono fare proprio questo e rilasciare il farmaco direttamente sul coagulo. A differenza dei nanonuotatori di SONOBOT, i nanorobot sviluppati da ANGIE sono più sofisticati in termini di controllo.
Fonte:Horizon
“I meccanismi convenzionali per il nuoto non funzionano su scala nanometrica: se provi a gattonare (colpo di nuoto) e implementarlo su scala nanometrica, non funzionerà”, ha affermato il ricercatore. Per superare questo problema, il team sta utilizzando campi magnetici per controllare le strutture di dimensioni nanometriche, che contengono particelle o pellicole magnetiche. Il Prof. Pané li ha paragonati a un braccio robotico su una catena di montaggio industriale. Mentre i robot industriali utilizzano un braccio controllato dal computer per spostare una pinza all’estremità, nel caso dei nanorobot ANGIE, il “braccio” è il campo magnetico che muove i nanorobot magnetici. I nanorobot sono realizzati con minuscole strutture composite di polimeriche biodegradabili a base di ferro. Alterare la forma e la composizione di queste strutture può cambiare il modo in cui vengono controllate. Quando il nanorobot raggiunge il suo obiettivo, un coagulo nel cervello nel caso di pazienti colpiti da ictus, interagisce con il coagulo per rilasciare il suo carico utile di farmaco. Considerato nella sua interezza, ANGIE può essere considerato un sistema robotico per il livello di controllo consentito dal campo magnetico, secondo i ricercatori.
Robot
“Sono davvero dei robot: sei in grado di controllarli, accelerare, fermarli, spostarli in tutte e tre le direzioni“, ha affermato il Prof. Puigmartí-Luis, un chimico dell’Università di Barcellona in Spagna. Mentre è ancora al suo primo anno, il team di ricerca di ANGIE sta attualmente sviluppando il sistema elettromagnetico, che comprende i nanorobot e l’infrastruttura necessaria per controllare questi dispositivi. Per verificare che la loro tecnologia funzioni, stamperanno in 3D un sistema vascolare umano, basato su dati reali e mapperanno il percorso ottimale per i loro nanorobot per raggiungere un coagulo. Ma in caso di successo, l’utilizzo di tali nanorobot per fornire farmaci ai coaguli nei pazienti colpiti da ictus, ad esempio, potrebbe essere ottenuto con le apparecchiature esistenti in molti importanti Ospedali. “I campi magnetici sono già utilizzati negli Ospedali per la risonanza magnetica,” ha aggiunto il Prof. Pané. Sebbene il loro obiettivo attuale sia quello di trovare coaguli che causano ictus, la tecnologia potrebbe essere applicata a molte altre malattie.
I nanodispositivi offrono un modo promettente di mirare al trattamento delle malattie. Saranno una realtà in un futuro non troppo lontano. “Inizialmente, quando abbiamo parlato con i medici delle nostre, hanno pensato che fossero troppo fantascienza, ma man mano che i dati dello studio crescono, stanno cambiando opinione”, ha detto P.
