(Polmonite batterica-Immagine al microscopio elettronico a colori dei microrobot. La cellula delle alghe (verde) è ricoperta da nanoparticelle polimeriche biodegradabili (marrone). Crediti immagine Fangyu Zhang e Zhengxing Li).
La medicina sta diventando sempre più fantascientifica!!
I nanoingegneri dell’Università della California a San Diego si stanno ammalando di polmonite. La loro soluzione è uno sciame di robot microscopici – microrobot – che possono fornire farmaci attraverso i polmoni mentre combattono i batteri.
La polmonite è una condizione che colpisce le sacche d’aria all’interno dei nostri polmoni. Anche se diversi tipi di agenti patogeni possono portare allo sviluppo della malattia, inclusi virus, funghi e batteri, tutti i casi di polmonite sono caratterizzati da una diminuzione della capacità dei polmoni di scambiare gas con l’ambiente. I sintomi includono infiammazione, brividi, febbre e tosse con uno scarico di liquido o pus che si accumula nelle sacche d’aria dei polmoni.
I casi lievi di polmonite possono scomparire da soli in circa 1-3 settimane, ma i casi più gravi possono essere pericolosi per la vita e richiedere il ricovero in ospedale e cure e cure specialistiche. Le opzioni di trattamento variano a seconda dell’agente patogeno che produce l’infezione.
Ma le polmoniti batteriche ora hanno una nuova difesa ad alta tecnologia con cui devono fare i conti: sciami di microrobot curativi a base di alghe. “Il nostro obiettivo è fornire farmaci mirati nelle parti più difficili del corpo, come i polmoni. E vogliamo farlo in un modo che sia sicuro, facile, biocompatibile e di lunga durata”, ha affermato Liangfang Zhang, Professore di nanoingegneria presso la UC San Diego e corrispondente autore dell’articolo. “Questo è ciò che abbiamo dimostrato in questo lavoro”.
Durante le prove di laboratorio utilizzando modelli murini, i microrobot si sono dimostrati efficaci nell’eliminare i batteri che causano la polmonite dai polmoni, determinando un tasso di sopravvivenza del 100% dei topi trattati in questo modo. Tutti gli animali del gruppo di controllo, a cui è stato iniettato lo stesso ceppo batterico, ma non hanno ricevuto il trattamento con i robot, sono morti entro tre giorni dall’infezione.
Ogni robot è costruito da una cellula di alghe con nanoparticelle riempite di antibiotici fissate sulla sua superficie. La cellula di alghe viventi fornisce motilità (la capacità di muoversi) al microrobot in modo che possa viaggiare attraverso il polmone ed entrare in contatto diretto con quanti più batteri possibile. Nel frattempo, le nanoparticelle sulla loro superficie prendono la forma di sfere biodegradabili che sono rivestite con le membrane cellulari dei neutrofili umani, un tipo di cellula immunitaria. Queste membrane assorbono e neutralizzano i composti infiammatori prodotti sia dai batteri che dal sistema immunitario del nostro corpo.
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“Riducendo l’infiammazione in eccesso”, spiega il team, “questi microrobot possono aiutare a migliorare la velocità con cui l’infezione viene eliminata”.
I microrobot sono stati sviluppati in uno sforzo congiunto tra i laboratori dei Professori di nanoingegneria Joseph Wang e Liangfang Zhang della UC San Diego. Wang è specializzato in micro e nanorobotica, mentre Zhang è impegnato nello sviluppo di nanoparticelle che imitano le cellule per il trattamento di infezioni e malattie, ed entrambi sono esperti leader nei loro campi.
Questo team ha già lavorato su microrobot per la somministrazione di farmaci, trovando gli approcci migliori per consentire l’uso sicuro di questi dispositivi negli animali viventi. In precedenza, si sono concentrati sulle infezioni batteriche nello stomaco e nel sangue e i polmoni sono il loro ultimo obiettivo.
Per studiare l’efficacia dei loro nuovi microrobot, il team ha infettato i topi di laboratorio con Pseudomonas aeruginosa, un batterio che causa una forma acuta e potenzialmente fatale di polmonite osservata nei pazienti che ricevono la ventilazione meccanica nelle unità di terapia intensiva in tutto il mondo.
I robot sono stati somministrati ai topi utilizzando un tubo inserito attraverso la loro trachea che raggiungeva i polmoni. Tutti i topi trattati in questo modo hanno avuto le loro infezioni completamente risolte in una settimana e sono sopravvissuti oltre 30 giorni dopo il fatto.
“I robot sono stati più efficaci nell’eliminare l’infezione rispetto all’approccio regolare delle iniezioni di antibiotici”, spiega il team. Inoltre, le iniezioni richiederebbero una dose di antibiotico 3000 volte superiore a quella utilizzata dai robot per affrontare la stessa infezione. Gli autori spiegano che una dose di microbot forniva circa 500 nanogrammi di antibiotici per topo, mentre un’iniezione endovenosa fornirebbe 1.644 milligrammi di antibiotici per topo (un milligrammo è un milione di nanogrammi).
Un tasso così elevato di efficienza nell’uso dei composti antibiotici è dovuto alla capacità dei microrobot di portarlo direttamente sul sito dell’infezione, piuttosto che diffonderlo nel corpo.
“Questi risultati mostrano come la somministrazione mirata di farmaci combinata con il movimento attivo delle microalghe migliori l’efficacia terapeutica”, ha affermato Wang.
“Con un’iniezione endovenosa, a volte solo una piccolissima frazione di antibiotici entra nei polmoni. Ecco perché molti trattamenti antibiotici attuali per la polmonite non funzionano come necessario, portando a tassi di mortalità molto elevati nei pazienti più malati”, ha affermato Victor Nizet, coautore dello studio. “Sulla base di questi dati sui topi, vediamo che i microrobot potrebbero potenzialmente migliorare la penetrazione degli antibiotici per uccidere i patogeni batterici e salvare la vita a più pazienti”.
Oltre a questi risultati impressionanti, lo studio ha anche mostrato che anche l’uso di microrobot a base di alghe è sicuro, senza effetti collaterali. Dopo il trattamento, queste cellule vengono consumate dal nostro sistema immunitario insieme alle nanoparticelle rimanenti, senza lasciare rifiuti tossici.
Fonte: ZMEscience
