Una ricerca pubblicata su Science descrive una tecnologia emergente, basata su minuscoli robot guidati magneticamente, per raggiungere bersagli farmacologici con elevata precisione
Per quanto possano essere avanzate, le terapie sistemiche si accompagnano spesso a effetti collaterali indesiderati e a un’efficacia ridotta verso il bersaglio. Da qui la spinta a sviluppare trattamenti mirati, capaci di aumentare la concentrazione di farmaco direttamente nel sito “malato”, senza disperderlo negli altri distretti corporei. Si inserisce in questo contesto lo studio pubblicato a metà novembre su Science, di un team internazionale di ricercatori che ha messo a punto una strategia di trasporto e rilascio di farmaci basata su microrobot magnetici. Pilotati dall’esterno del corpo, i piccoli dispositivi possono navigare nell’intricato labirinto degli spazi tra i tessuti e lungo i vasi e recapitare il proprio “carico” con estrema precisione.
Gli scienziati, coordinati da Bradley J. Nelson, esperto di robotica e sistemi intelligenti, e Salvador Pané, studioso in chimica dei materiali e miniaturizzazione, entrambi professori presso il Politecnico Federale (ETH) di Zurigo, hanno testato la piattaforma in vitro e in vivo su animali di grandi dimensioni in condizioni cliniche reali, come il blocco dei vasi sanguigni tipico dell’ictus. In entrambi i casi, i microrobot (tematica di cui Osservatorio Terapie Avanzate aveva già parlato qui) sono riusciti a farsi strada, rivelando il loro enorme potenziale terapeutico. Ecco come operano e quali aspetti li rendono unici rispetto ai sistemi sviluppati finora.
UN’INNOVAZIONE TECNOLOGICA: STRUTTURA E FUNZIONAMENTO
Il microrobot realizzato dai ricercatori è costituito da una matrice sferica di gel solubile al cui interno sono incorporate le componenti funzionali: nanoparticelle di ossido di ferro, che conferiscono le proprietà magnetiche alla base della guida a distanza, e particelle radio-opache (in tantalio, già utilizzato in clinica) che fungono da mezzo di contrasto per il tracciamento in tempo reale tramite imaging a raggi X. Più, naturalmente, l’opportuno agente terapeutico.
La somministrazione prevede l’impiego di un sottile catetere di rilascio. Attraverso di esso le capsule vengono liberate nei vasi sanguigni o in uno specifico tessuto. Ha inizio quindi la “rotta”. Il movimento è gestito grazie a un particolare “timone”, precedentemente sviluppato dai ricercatori e battezzato Navion. Si tratta di un sistema portatile e di semplice installazione che genera un ampio campo magnetico in grado di raggiungere anche le profondità dei tessuti del corpo senza danneggiarli. Questo campo controlla il movimento dei microrobot all’interno dell’organismo, direzionandoli con precisione verso il target desiderato. Modulando il campo magnetico, i robot possono anche essere indotti a disgregarsi, liberando il carico terapeutico, per poi dissolversi in sicurezza nel corpo. Cruciale, quindi, la selezione dei materiali, che devono essere sufficientemente stabili per compiere il percorso fino al bersaglio e allo stesso tempo biocompatibili e biodegradabili così da non rendere necessarie procedure di rimozione invasive.
Bilanciare finemente le concentrazioni dei componenti per combinare le distinte funzionalità, oltre a farmaci di diversa natura chimica, in dispositivi di dimensioni così limitate, tali da accedere anche ai piccoli vasi come quelli del cervello, è stata a detta dei ricercatori la maggiore sfida tecnologica, sfida che ha richiesto una profonda sinergia tra discipline e svariati anni di lavoro.
TEST DI NAVIGAZIONE E RILASCIO: SIMULARE LO SCENARIO REALE
Per valutare le capacità di navigazione delle capsule, i ricercatori hanno ricreato condizioni realistiche all’interno di modelli vascolari 3D artificiali, in silicone, che replicavano fedelmente l’anatomia di alcuni pazienti. Rilasciati nell'arteria carotide interna del modello, i microrobot sono stati guidati con successo in altri vasi modulando il campo magnetico esterno, anche in direzione opposta al flusso sanguigno, fino a raggiungere per esempio la vascolatura del cervello.
La somministrazione mirata di un agente terapeutico è stata dimostrata, sempre all’interno del modello, guidando un microrobot caricato di un farmaco trombolitico (rtPA) verso l’occlusione di un coagulo di sangue umano, simulando un ictus. La dissoluzione controllata del microrobot ha determinato il rilascio del medicinale, lo sgretolamento di gran parte del coagulo e la ripresa della perfusione in pochi minuti, dimostrando potenziale efficacia contro il blocco dei vasi sanguigni.
Dopo aver raccolto molti risultati positivi nei test in vitro, gli studiosi si sono approcciati a scenari clinici reali. Sono riusciti a dimostrare, come prima cosa, che il metodo di navigazione funziona e che i robot sono tracciabili lungo i vasi sanguigni durante l’intera procedura servendosi di un modello ex vivo di placenta umana e poi attraverso test clinici sui maiali. La procedura si è dimostrata promettente, in vivo, anche nel liquido cerebrospinale di una pecora, suggerendo che potrebbe rappresentare un’opzione mini-invasiva per la chirurgia attraverso aree anatomicamente complesse.
NON SOLO ICTUS: APPLICAZIONI EMERGENTI E PROSPETTIVE FUTURE
Il team ha testato la capacità del microrobot di incapsulare diversi tipi di farmaci, incluso un antibiotico (ciprofloxacina) e un antitumorale (doxorubicina): oltre al trattamento della trombosi, quindi, si considera il potenziale della piattaforma in una varietà di patologie, come appunto le infezioni localizzate o i tumori. “L'uso di materiali approvati dalla FDA per altre applicazioni intravascolari, abbinato al design modulare della piattaforma robotica, dovrebbe semplificare la traduzione e l'adattabilità a una vasta gamma di flussi di lavoro clinici”, sottolineano inoltre i ricercatori nell’articolo.
Rimane comunque molto lavoro da fare per la traslazione clinica. Lo studio è pionieristico, tra i primi a riunire in un unico sistema aspetti finora investigati in modo frammentato – locomozione, carico terapeutico e imaging – e, pur fornendo un quadro solido, apre a una varietà di condizioni e scenari anatomici che richiedono ulteriori indagini.
La prossima sfida è avviare la sperimentazione clinica il più rapidamente possibile, spiegano gli autori. Se confermato negli studi sull’essere umano, questo approccio potrebbe rivoluzionare la somministrazione dei farmaci, rendendola più sicura ed efficace.
