Microrobot che rilascia farmaci nel corpo

Gli ingegneri della Purdue University hanno sviluppato microrobot capaci di trasportare farmaci all'interno di settori del corpo umano direttamente nell'area malata destinata alla terapia.

Perché un robot per trasportare farmaci? Portare un farmaco direttamente nel suo sito target potrebbe rimuovere gli effetti collaterali, come la perdita di capelli o il sanguinamento dello stomaco, che il farmaco potrebbe altrimenti causare interagendo con altri organi lungo il percorso.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Micromachines, (1) è la prima dimostrazione di un microrobot che rotola attraverso un sistema biologico in vivo. Poiché è troppo piccolo per trasportare una batteria, il microrobot è alimentato e controllato in modalità wireless dall'esterno da un campo magnetico.

«Quando applichiamo un campo magnetico esterno rotante a questi robot, ruotano proprio come farebbe un pneumatico per auto su terreni accidentati», ha affermato il dottor David Cappelleri, (2) professore associato di ingegneria meccanica alla Purdue. «Il campo magnetico penetra anche in modo sicuro diversi tipi di mezzi, il che è importante per l'utilizzo di questi robot nel corpo umano».

I ricercatori hanno scelto il colon per gli esperimenti in vivo perché ha un punto di accesso facile ed è molto disordinato.

«Spostare un robot intorno al colon è come usare il walker in un aeroporto per raggiungere un terminal più velocemente. Non solo si muove il pavimento, ma anche le persone intorno a te», ha detto il dottor Luis Solorio, (3) assistente professore alla Weldon School di Purdue di ingegneria biomedica. «Nel colon ci sono tutti questi fluidi e materiali che stanno seguendo il percorso, ma il robot si sta muovendo nella direzione opposta. Non è solo un viaggio facile».

Questo microrobot magnetico può ruotare con successo in tutto il colon nonostante queste condizioni difficili, hanno dimostrato gli esperimenti dei ricercatori.

Il team ha condotto gli esperimenti in vivo in due punti nei topi vivi in anestesia, inserendo il microrobot in una soluzione salina attraverso il retto. Hanno utilizzato apparecchiature ad ultrasuoni per osservare in tempo reale quanto bene si muoveva il microrobot.

«Il passaggio a grandi animali o esseri umani può richiedere dozzine di robot, ma ciò significa anche che puoi prendere di mira più siti con più carichi utili di farmaci», ha affermato Craig Goergen, (4) Professore associato di ingegneria biomedica Leslie A. Geddes di Purdue, il cui gruppo di ricerca ha guidato il lavoro su imaging del microrobot attraverso vari tipi di tessuto.

Il laboratorio di Luis Solorio ha testato la capacità del microrobot di trasportare e rilasciare un carico utile di un farmaco in una fiala di soluzione salina. I ricercatori hanno rivestito il microrobot con un finto farmaco fluorescente, che il microrobot ha trasportato con successo attraverso la soluzione con un movimento rotatorio prima che il carico utile si diffondesse lentamente dal suo corpo un'ora dopo.

«Siamo riusciti ad ottenere un rilascio piacevole e controllato del carico utile del farmaco. Ciò significa che potremmo potenzialmente guidare il microrobot in una posizione nel corpo, lasciarlo lì e quindi consentire al farmaco di uscire lentamente. Siccome il microrobot ha un rivestimento polimerico, il farmaco non cadrà prima di aver raggiunto una posizione target», ha detto il dottor Solorio.

Secondo lo studio i microrobot magnetici, costruiti a buon mercato di polimero e metallo, sono atossici e biocompatibili. Il gruppo di ricerca del dottor Cappelleri ha progettato e costruito ciascuno di questi robot utilizzando le strutture del Birck Nanotechnology Center (5) nel Discovery Park di Purdue. (6)

I macchinari di produzione roll-to-roll comunemente usati potrebbero potenzialmente produrre centinaia di questi microrobot contemporaneamente, ha detto Cappelleri.

I ricercatori ritengono che i microrobot potrebbero agire come strumenti diagnostici oltre a veicoli per la somministrazione di farmaci.

«Da un punto di vista diagnostico, questi microrobot potrebbero prevenire la necessità di colonscopie minimamente invasive aiutando a raccogliere i tessuti. Oppure potrebbero fornire carichi utili senza dover fare il lavoro di preparazione necessario per le colonscopie tradizionali», ha detto Goergen.

Questa ricerca fa parte del Purdue Center for Cancer Research e si allinea con Purdue Engineering Initiatives in Autonomous and Connected Systems and Engineering-Medicine. Il lavoro è sostenuto dalla National Science Foundation e dal National Cancer Institute presso il National Institutes of Health.

Riferimenti:

(1) A Tumbling Magnetic Microrobot System for Biomedical Applications

(2) David Cappelleri

(3) Luis Solorio

(4) Craig Goergen

(5) Birck Nanotechnology Center

(6) Discovery Park

Descrizione foto: Microrobot. - Credit: Purdue University.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: All-terrain microrobot flips through a live colon