I microrobot rilasciati nel corpo potrebbero rompere i coaguli, somministrare farmaci antitumorali e persino guidare gli spermatozoi svogliati verso il loro obiettivo.
Il corpo umano è un labirinto di vasi e tubi, pieno di barriere difficili da superare. Questo rappresenta un serio ostacolo per i medici. Le malattie sono spesso causate da problemi difficili da visualizzare e da raggiungere. Ma immaginate se potessimo dispiegare eserciti di piccoli robot nel corpo per fare il lavoro al posto nostro. Potrebbero rompere coaguli difficili da raggiungere, somministrare farmaci anche ai tumori più inaccessibili e persino aiutare a guidare gli embrioni verso l’impianto.
Ok, so cosa state pensando. Sono anni, forse decenni, che sentiamo parlare dell’uso di piccoli robot in medicina. E non sono ancora arrivati. Dove sono i miei microbot medici?
Stanno arrivando, dice Brad Nelson, che lavora nel campo della robotica all’ETH di Zurigo. Presto. E potrebbero cambiare le carte in tavola per una serie di gravi malattie. In un articolo pubblicato su Science, Nelson e Salvador Pané sostengono che queste minuscole macchine potrebbero aiutare a somministrare i farmaci esattamente dove sono necessari. Ciò contribuirebbe a ridurre al minimo la tossicità. “Così potremo usare dosi più forti e forse potremo ripensare il modo in cui trattiamo alcune di queste malattie”, afferma Nelson.
Cosa rende Nelson ottimista sul fatto che queste tecnologie stiano per arrivare? Alcuni di questi robot hanno lasciato i banchi di laboratorio per entrare in animali di grandi dimensioni, compresi i maiali. Ci sono almeno quattro startup che stanno lavorando su microrobot medici che potrebbero viaggiare “senza legami” all’interno del corpo. Una di queste, Bionaut ha raccolto 43 milioni di dollari all’inizio di quest’anno per portare la sua terapia alla fase 1 di sperimentazione. I fondi serviranno a sviluppare dispositivi grandi quanto la punta di una matita, progettati per somministrare farmaci al sito dei tumori cerebrali glioma e per perforare le cisti che bloccano il flusso del liquido spinale nel cervello, sintomo di una rara malattia infantile chiamata sindrome di Dandy-Walker.
“Microrobot” è un termine generico che comprende i robot con dimensioni che vanno da un micron fino a pochi millimetri. Se il robot è davvero minuscolo, più piccolo di un micron, è un nanorobot. Anche se può essere allettante dire “microbot” perché suona molto bene, si tratta di un termine “più hollywoodiano”, dice Nelson.
I microrobot possono essere composti da materiali sintetici, da materiali biologici (questi sono chiamati robot biologici o biobot) o da entrambi (robot bioibridi). Molti di essi, compresi quelli che Nelson sta sviluppando, si muovono grazie a dei magneti.
Ma altri sono in grado di muoversi da soli. La scorsa settimana un gruppo di ricercatori di Tufts e Harvard ha dichiarato di aver trasformato le cellule tracheali in biobot. La trachea umana è dotata di ciglia ondeggianti all’interno per catturare microbi e detriti. Ma i ricercatori hanno incoraggiato le cellule tracheali a formare un organoide con le ciglia all’esterno. A seconda della loro forma e della copertura delle ciglia, i robot potevano viaggiare in linea retta, girare in cerchio o ondeggiare. E, sorpresa delle sorprese, quando i ricercatori hanno raschiato una bacchetta metallica su uno strato di neuroni vivi che crescevano in un piatto, i biobot hanno sciamato nell’area e hanno innescato la crescita di nuovi neuroni. “È affascinante e del tutto inaspettato che le normali cellule tracheali dei pazienti, senza modificare il loro DNA, possano muoversi da sole e incoraggiare la crescita dei neuroni in una regione danneggiata”, ha dichiarato in un comunicato stampa Michael Levin, ingegnere della Tufts che ha guidato il lavoro. “Ora stiamo esaminando come funziona il meccanismo di guarigione e ci chiediamo cos’altro possano fare questi costrutti”.
L’utilità potenziale di questi microrobot è vasta. “Molte persone stanno pensando alle malattie vascolari”, dice Nelson. I microrobot potrebbero essere iniettati e sciogliere i coaguli di sangue nel cervello per trattare i pazienti colpiti da ictus. Oppure potrebbero rinforzare i punti deboli dei vasi cerebrali per evitare che scoppino. Potrebbero distribuire farmaci in punti specifici. E poi ci sono applicazioni più strane. I ricercatori dell’Università della Pennsylvania hanno sviluppato dei bot che sperano possano un giorno sostituire lo spazzolino da denti.
Altre équipe stanno lavorando a bot che imitano lo sperma, o sono fatti di sperma. I ricercatori hanno sviluppato sperma di mucca ricoperto di nanoparticelle di ferro, chiamato IRONSperm che nuotano con l’aiuto di un campo magnetico rotante; la speranza è che possano essere utilizzati per la somministrazione mirata di farmaci. Un team tedesco sta lavorando su microrobot che aiutano la fecondazione consegnando all’ovulo gli spermatozoi che nuotano debolmente. Il loro sistema rilascia anche farmaci per rompere il duro rivestimento dell’ovulo. Lo stesso gruppo ha recentemente descritto come i microrobot potrebbero essere utilizzati nella FIV. In una tipica procedura di FIV, un ovulo viene fecondato all’esterno del corpo e l’embrione risultante viene trasferito nell’utero. La procedura spesso fallisce. Ma se i microbot potessero riportare l’embrione nella tuba di Falloppio o nell’endometrio, l’embrione potrebbe svilupparsi in condizioni più naturali, migliorando i tassi di impianto. I ricercatori immaginano microrobot guidati da campi magnetici che potrebbero afferrare o trasportare un embrione, rilasciarlo e poi degradarlo naturalmente.
Tuttavia, ci sono alcuni ostacoli sostanziali che le aziende dovranno superare per utilizzare questi bot negli esseri umani. Alcuni sono di natura tecnica. “Si tratta di sistemi molto piccoli”, spiega Victoria Webster-Wood, ingegnere meccanico della Carnegie Mellon University che sviluppa robot bioibridi. Per questo motivo, un fluido corporeo come il sangue è relativamente viscoso. “Quindi, se il flusso si muove molto velocemente, è difficile per il robot andare nella direzione opposta”, spiega Victoria Webster-Wood.
Altri ostacoli sono di natura normativa. I microrobot si qualificano come dispositivi medici, ma possono anche fornire un farmaco. “Si tratta della cosiddetta combinazione farmaco-dispositivo”, spiega Nelson. “Sebbene il farmaco sia ben noto, la sua concentrazione sarà, si spera, significativamente diversa dal normale”. Questo potrebbe significare che le autorità di regolamentazione vorranno vedere ulteriori studi.
Webster-Wood lavora nel settore da anni ed è entusiasta del fatto che i microrobot stiano finalmente ricevendo attenzione. “Anche negli ultimi 10 anni il settore è cresciuto moltissimo”, afferma. “Penso che ci sia molto più potenziale per la traduzione effettiva”.
Un’altra cosa
Questa settimana la FDA dovrebbe approvare Casgevy, il primo trattamento commerciale di editing genetico al mondo per la cura della malattia della falcemia (il mese scorso è stato approvato nel Regno Unito). Antonio Regalado ha approfondito la scienza alla base del trattamento per questo articolo, che spiega perché la falcemia era un bersaglio ideale per il grande debutto terapeutico di CRISPR.
