Robot minuscoli dovrebbero trasportare i farmaci direttamente nel cuore
I ricercatori della Johns Hopkins University hanno sviluppato due robot di dimensioni millimetriche progettati per trasportare insieme farmaci in punti del corpo difficili da raggiungere. I primi test di laboratorio mostrano come la tecnologia potrebbe aiutare in futuro in caso di infezioni cardiache.
Un'infezione del rivestimento interno del cuore, nota come endocardite, è difficile da trattare. I pazienti ricevono spesso antibiotici per diverse settimane. I farmaci raggiungono il cuore attraverso il sangue, ma a volte arrivano al focolaio dell'infezione solo in concentrazioni ridotte. Nei casi gravi, i medici devono intervenire chirurgicamente. Un team di ricerca della Johns Hopkins University negli Stati Uniti sta quindi lavorando a un trattamento più mirato.
Due robot lavorano insieme
A tal fine, i ricercatori hanno sviluppato due millirobot magnetici. Sono larghi circa quanto la punta di una matita e lunghi quanto un chicco di riso. Ognuno svolge un compito specifico.
Il primo robot è dotato di un piccolo ago con ardiglioni. Il suo scopo è ancorarsi direttamente al tessuto cardiaco infetto. Successivamente, funge da stazione di attracco per il secondo robot. Quest'ultimo trasporta il farmaco al focolaio dell'infezione, si collega magneticamente alla stazione e rilascia lentamente il suo contenuto.
Il sistema consente anche la somministrazione di più dosi di farmaco. Mentre il primo robot rimane ancorato al tessuto, un nuovo modulo di farmaco può prendere il suo posto. I ricercatori intendono così somministrare ripetutamente i principi attivi nello stesso punto, senza dover creare ogni volta un nuovo ancoraggio.
I campi magnetici assumono il controllo
I robot non possiedono né batterie né motori propri. Al contrario, un sistema di bobine esterno genera campi elettromagnetici che ne guidano i movimenti. Il principio è simile alla tecnologia del campo magnetico di una risonanza magnetica (RMN).
Negli esperimenti di laboratorio, il team di ricerca ha utilizzato anche un'elaborazione delle immagini basata sull'intelligenza artificiale. Questa rileva la posizione dei robot e supporta la loro navigazione automatica. In questo modo, i piccoli dispositivi possono muoversi lungo percorsi predefiniti.
I primi test mostrano le capacità dei robot
Per i loro esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato modelli cardiaci artificiali con un flusso di liquido pulsante. Questo doveva simulare le condizioni di flusso nel cuore. I robot sono stati in grado di muoversi anche contro il flusso sanguigno simulato.
Ulteriori test sono stati condotti su tessuto cardiaco suino prelevato. In questo contesto, il team ha esaminato, tra le altre cose, come i robot possano ancorarsi e staccarsi l'uno dall'altro.
I risultati sono stati pubblicati dal team di ricerca sulla rivista scientifica «Advanced Materials Technologies». Nelle condizioni testate, l'attracco magnetico è riuscito in tutti gli esperimenti. Nello scollegamento, i ricercatori hanno raggiunto un tasso di successo del 93 percento.
È stata esaminata anche la somministrazione del farmaco. Un modulo è stato in grado di rilasciare 22 microlitri di liquido, ovvero 0,022 millilitri, in un periodo di tre ore. Se questa quantità sia sufficiente per un trattamento efficace, dovrà essere dimostrato da ulteriori ricerche.
La strada verso l'uso sull'uomo è ancora lunga
I ricercatori nutrono grandi speranze per questa tecnologia. A lungo termine, potrebbe ridurre significativamente il trattamento dell'endocardite e possibilmente evitare alcuni interventi a cuore aperto.
Bhattacharjee ritiene ipotizzabili interventi della durata da dieci minuti a un'ora. Finora, i pazienti necessitano spesso di quattro-sei settimane di antibiotici. Si tratta, tuttavia, di previsioni future. Gli esperimenti finora condotti si sono svolti esclusivamente su modelli artificiali e tessuto prelevato. Se la tecnologia funzioni in modo affidabile anche in un cuore vivo e battente e possa combattere le infezioni, dovrà essere dimostrato da ulteriori studi.
Come prossimo passo, il team intende sviluppare modelli cardiaci più realistici che replichino anche i movimenti muscolari di un vero battito cardiaco. In futuro, i robot potrebbero potenzialmente trasportare farmaci anche verso tumori difficili da raggiungere.
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