Un microrobot guidato da magneti promette terapie mirate per ictus, infezioni e tumori.
Un team dell’ETH di Zurigo ha sviluppato un microrobot capace di percorrere i vasi sanguigni e rilasciare medicinali con estrema precisione. Lo studio, pubblicato dall’università svizzera, apre la strada a trattamenti minimamente invasivi per patologie come ictus, infezioni profonde e tumori, riducendo al minimo gli effetti collaterali sui tessuti sani.
L’idea è quella di costruire una capsula microscopica in grado di muoversi come un piccolo veicolo telecomandato all’interno del flusso sanguigno, guidata esclusivamente da forze magnetiche.
Com’è fatto il microrobot?
Il robot è una minuscola sfera composta da un gel solubile, all’interno del quale sono disperse nanoparticelle di ossido di ferro. Queste particelle rendono la capsula magnetica e quindi manovrabile dall’esterno tramite campi elettromagnetici.
Gli scienziati possono seguirne il percorso in tempo reale grazie alle immagini a raggi X, che permettono di monitorarne la posizione anche nelle zone più profonde del corpo.
«Dato che i vasi sanguigni del cervello umano sono così piccoli, esiste un limite alle dimensioni della capsula», spiega il dott. Fabian Landers, autore principale dello studio.
«La sfida tecnica è quella di garantire che una capsula così piccola abbia anche sufficienti proprietà magnetiche».
Navigare tra i vasi sanguigni
Uno dei problemi più complessi del microrobot riguarda la navigazione. I vasi sanguigni sono un vero labirinto di curve, diramazioni e flussi potenti, che possono trasportare via la capsula in pochi millisecondi.
«È incredibile vedere quanta quantità di sangue scorra nei nostri vasi, e a una velocità così elevata», racconta Landers. «Il nostro sistema di navigazione deve essere in grado di resistere a tutto questo».
Per superare queste difficoltà , il team ha sviluppato tre modalità di controllo del microrobot, tutte basate su forze magnetiche generate da elettromagneti esterni, e sono:
Rotolamento lungo la parete del vaso, per procedere anche contro flussi intensi.
Trazione in una direzione specifica, utile per superare correnti avverse.
Navigazione attraverso giunzioni e biforcazioni, dove il robot viene guidato con precisione per imboccare il vaso corretto.
Con queste tecniche il microrobot può muoversi sia a favore, che controcorrente, raggiungendo velocità fino a 4 millimetri al secondo, cioè circa un pollice ogni sei secondi.
Campi magnetici
«I campi magnetici e i gradienti sono ideali per le procedure minimamente invasive perché penetrano in profondità nel corpo e, almeno alle intensità e alle frequenze che utilizziamo, non hanno effetti dannosi sul corpo», afferma il professor Bradley Nelson, uno dei massimi esperti di microrobotica presso l’ETH Zurigo e ultimo autore dello studio.
I campi magnetici, oltre a guidare il robot, possono essere modulati per riscaldarlo. Una volta raggiunto il bersaglio – per esempio un trombo o il tessuto tumorale – un campo a frequenza elevata scalda la capsula e ne scioglie l’involucro, rilasciando il farmaco contenuto al suo interno.
Test in laboratorio e prospettive cliniche
La tecnologia è stata finora sperimentata in modelli di silicone, che riproducono fedelmente i vasi sanguigni degli esseri umani, e degli animali.
I ricercatori hanno inoltre testato l’intero processo su campioni reali, quali organi di maiale, e cervello di pecora, per verificare la capacità del microrobot di muoversi in condizioni biologiche più complesse.
I risultati sono incoraggianti. La capsula è riuscita a attraversare canali molto stretti e a liberare con precisione il suo contenuto, dimostrando che il concetto funziona anche in ambienti simili a quelli del corpo umano.
Il prossimo passo è la sperimentazione clinica. Gli scienziati dell’ETH puntano a iniziare i primi test sull’uomo nei prossimi anni, con l’obiettivo di portare questa tecnologia nelle sale operatorie degli ospedali.
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