Grazie a un approccio non ortodosso proposto dai ricercatori dell'EPFL, i pazienti potrebbero presto essere in grado di monitorare la loro malattia semplicemente bevendo una soluzione contenente milioni di minuscoli sensori elettronici travestiti da batteri.

Immagina di poter monitorare lo sviluppo delle cellule malate in tempo reale, semplicemente facendo bere ai pazienti un bicchiere d'acqua contenente milioni di minuscoli biosensori elettronici. Una volta ingeriti i sensori microscopici, viaggiano verso il tessuto malato nel corpo di un paziente e inviano un flusso continuo di dati diagnostici tramite telemetria.

Questo è l'ambizioso obiettivo che Sandro Carrara dell'Integrated Systems Laboratory (Scuola di ingegneria/informatica e scienze della comunicazione) dell'EPFL e Pantelis Georgiou dell'Imperial College di Londra si sono prefissati. Tale tecnologia sembra ora possibile grazie ai progressi nei processi di nanofabbricazione per circuiti integrati. I ricercatori di Berkeley avevano discusso un concetto simile nel 2013 in cui suggerivano di spruzzare circuiti CMOS nella corteccia umana per monitorare l'attività neurale.

All'EPFL, i ricercatori intendono utilizzare la polvere del corpo per uno scopo più generale. Hanno già mostrato come si potrebbe teoricamente creare un cubo CMOS di circa 10 µm su ciascun lato. Hanno presentato questi risultati alla conferenza IEEE BioCAS. La fattibilità teorica del concetto è stata discussa anche in un preprint su arXiv.

Gli scienziati sperano di rivoluzionare i metodi diagnostici e offrire ai medici una migliore comprensione di malattie come il cancro. "Oggi i medici somministrano farmaci ai malati di cancro e aspettano di vedere se le cellule tumorali scompaiono. Ma avere un feedback continuo su come le cellule rispondono a un dato trattamento sarebbe di valore senza precedenti, "dice Carrara.

I sensori microscopici sarebbero a forma di cubo e avrebbero tre elettrodi complementari sulle loro superfici. Dopo che un paziente li ha ingoiati, attraverserebbero le pareti intestinali attraverso il naturale processo di endocitosi. Ma questo processo può avvenire solo se il corpo del paziente pensa che i sensori siano batteri o globuli rossi. Quindi gli scienziati hanno in programma di coprire i sensori con un rivestimento speciale e ridurli a 10 µm su ciascun lato. Una volta che i sensori entrano nel flusso sanguigno, si recherebbero nell'area interessata e si attaccherebbero alle cellule malate usando ligandi mirati come gli anticorpi. Da lì potevano monitorare i progressi della malattia.

I sensori agirebbero come spie, fornire informazioni sul metabolismo di una cellula cancerosa, Per esempio, o sulla concentrazione locale di un farmaco che era stato somministrato. "Gli elettrodi sulle superfici dei sensori sarebbero in grado di identificare la giusta proteina o molecola di farmaco con cui entrano in contatto, perché ogni tipo di molecola altererebbe la corrente in modo diverso, " dice Carrara. I dati verrebbero raccolti utilizzando un sistema di trasmissione di energia senza fili. "Un campo elettromagnetico o onde ultrasoniche verrebbero generati all'esterno del corpo di un paziente per caricare i sensori e raccogliere dati. I sensori non conterranno batterie, "aggiunge Carrara.

Per dare corpo alla loro idea, gli scienziati hanno tratto da esempi concreti in letteratura, come sensori di glucosio di circa 10 µm che utilizzano circuiti CMOS, e un semplice sensore di glucosio con un diametro di soli 2,5 µm. Inoltre, un dispositivo diagnostico telemetrico da 10 mm ricoperto da una resina epossidica biocompatibile è stato già testato con successo sui topi nel 2016. Tuttavia, il team di ricerca ha ancora notevoli ostacoli da superare. Primo, gli scienziati devono ridurre i sensori a meno di 10 µm su ciascun lato, in modo che abbiano all'incirca le stesse dimensioni dei globuli rossi. Quindi dovranno dimostrare la fattibilità sia della loro tecnologia che del sistema di ricarica.

Questi minuscoli sensori avrebbero effetti collaterali? Per adesso, è troppo presto per dirlo. Gli scienziati ritengono che i sensori potrebbero essere facilmente eliminati dal corpo di un paziente, sia quando il tumore stesso viene rimosso o, se si scopre che non c'è tessuto malato, poi attraverso l'urina o le feci del paziente.