Gli scienziati dell'ETH usano batteri magnetici per controllare i liquidi a livello micro. Stanno già pensando di usarli nel flusso sanguigno umano per la somministrazione di precisione di farmaci antitumorali a un tumore.

I farmaci antitumorali hanno effetti collaterali, così per molti anni, gli scienziati hanno esplorato modi per trasportare le sostanze attive a un tumore nel corpo nel modo più preciso possibile. Questo è l'unico posto in cui i farmaci dovrebbero avere effetto. Un approccio consiste nell'iniettarli nel flusso sanguigno e controllare il loro trasporto in piccoli vasi nei siti tumorali alterando localmente il flusso sanguigno con piccoli veicoli. I laboratori di ricerca hanno creato microrobot la cui forma e propulsione sono ispirate ai batteri e che sono abbastanza piccoli da essere inseriti nei vasi sanguigni. Questi microveicoli possono essere alimentati dall'esterno del corpo da un campo magnetico in movimento.

Simone Schurle, professore presso il Dipartimento di Scienze e Tecnologie della Salute, sta facendo un ulteriore passo avanti:invece di microrobot ispirati ai batteri, vuole usare veri batteri magnetici. I ricercatori hanno scoperto tali batteri magnetotattici nel mare 45 anni fa. Questi microrganismi assorbono il ferro disciolto nell'acqua; i cristalli di ossido di ferro si formano al loro interno e si allineano in fila. Come l'ago di una bussola, questi batteri si allineano con il campo magnetico terrestre in modo che possano navigare nell'acqua in modo diretto.

Controllo preciso con campi magnetici

La professoressa dell'ETH Schürle e il suo team hanno studiato come utilizzare un campo magnetico per controllare questi batteri in laboratorio come un modo per dirigere il flusso di liquidi in modo controllato. Nei loro esperimenti, hanno applicato solo campi magnetici rotanti relativamente deboli per far ruotare i batteri lungo le direzioni desiderate. E con molti batteri in uno sciame, è stato possibile spostare il fluido che li circonda. I batteri producono un effetto simile a quello di una micropompa, cioè sono in grado di muovere in diverse direzioni le sostanze attive presenti nel fluido, per esempio dal flusso sanguigno nel tessuto tumorale. Utilizzando campi magnetici sovrapposti che localmente si rafforzano o si annullano a vicenda, questa attività di pompaggio può essere confinata in una piccola regione con estrema precisione, come il team di Schürle ha potuto dimostrare nelle simulazioni.

Inoltre, il principio può essere messo in opera all'esterno del corpo per mescolare liquidi diversi localmente tra loro in recipienti molto piccoli senza dover fabbricare e controllare micropompe meccaniche.

Vivo o morto

Il loro lavoro si concentra principalmente sullo studio dell'approccio e sulla descrizione di come i batteri possono controllare il flusso. Prima che tali batteri possano essere utilizzati nel corpo umano, la loro sicurezza deve essere prima indagata. Però, portare batteri nel corpo per ragioni mediche è un approccio che la scienza sta già perseguendo con il termine "terapeutiche viventi, "anche se con altri tipi di batteri, come E. coli.

Dovrebbe anche essere possibile utilizzare batteri non naturali per future applicazioni mediche. La biologia sintetica può essere utilizzata per costruire batteri che presentano proprietà funzionali ottimizzate e sono sicuri per l'uso nel corpo umano, per esempio non provocando reazioni allergiche. Schürle può prevedere trattamenti che utilizzano batteri che vengono uccisi prima di essere introdotti nel corpo, nonché trattamenti che utilizzano batteri vivi.

Controllo fine attraverso l'autopropulsione

È anche noto da diversi decenni che alcuni tipi di batteri anaerobici (che non richiedono ossigeno per crescere) si accumulano preferibilmente nei tumori dei malati di cancro. In altre parole, questi batteri preferiscono naturalmente le condizioni di basso livello di ossigeno nei tumori rispetto al resto del corpo. Mentre questo è stato studiato in batteri diversi da quelli utilizzati dal team di Schürle, la biologia sintetica potrebbe essere utilizzata per combinare i vantaggi di diverse specie batteriche. Ciò potrebbe portare allo sviluppo di batteri che si avvicinano al tumore alimentati dai propri flagelli (appendici simili a fruste) e possono quindi essere trasportati con precisione in profondità nel tessuto tumorale utilizzando forze magnetiche esterne.