Ispirato dai globuli bianchi che rotolano sulle pareti endovascolari prima di trasmigrare nel sito della malattia, scienziati dell'ETH di Zurigo sono riusciti a far muovere le particelle lungo le pareti di microscopici, navi tridimensionali. Questo metodo potrebbe essere utilizzato in terapie antitumorali mirate.

Quando i globuli bianchi sono chiamati a combattere i batteri invasivi, si muovono lungo i vasi sanguigni in un modo specifico, cioè., come una palla spinta dal vento, rotolano lungo la parete vascolare per raggiungere il loro punto di spiegamento. Poiché i globuli bianchi possono ancorarsi al sistema vascolare, sono in grado di muoversi contro la direzione del flusso sanguigno.

Questo tipo di comportamento dei globuli bianchi è servito da ispirazione per il postdoc, Daniele Ahmed, che lavorava nel gruppo di ricerca del professor Bradley Nelson all'ETH di Zurigo. Nel laboratorio, Ahmed e i suoi collaboratori hanno sviluppato un nuovo sistema che consente agli aggregati composti da particelle magnetizzate di rotolare lungo un canale in un campo acustico e magnetico combinato. Inoltre, i ricercatori del gruppo di Jürg Dual hanno sviluppato studi numerici e teorici del progetto. Il loro lavoro è stato pubblicato di recente sulla rivista, Comunicazioni sulla natura .

La strategia del meccanismo di trasporto dei dispositivi è semplice e geniale, cioè., gli scienziati hanno messo a disposizione in commercio, particelle magnetiche biocompatibili in un sistema vascolare artificiale. Quando viene applicato un campo magnetico rotante, queste particelle si autoassemblano in aggregati e iniziano a ruotare attorno ai propri assi. Quando i ricercatori applicano gli ultrasuoni a una frequenza e una pressione specifiche, gli aggregati migrano verso il muro e iniziano a rotolare lungo i confini. Il movimento di rotolamento viene avviato quando le microparticelle raggiungono una dimensione minima di sei micrometri, che è 1/10 del diametro di un capello umano. Quando i ricercatori spengono il campo magnetico, gli aggregati si dissociano nelle loro parti costituenti e si disperdono nella corrente fluida.

Fattibile nei tessuti viventi

Ad oggi, Ahmed ha testato questo sistema solo in canali artificiali. Però, crede che il metodo sia fattibile per l'uso negli organismi viventi. ha affermato, "L'obiettivo finale è utilizzare questo tipo di meccanismo di trasporto per somministrare farmaci in siti difficili da raggiungere all'interno del corpo e integrarlo con modalità di imaging, " dice. Sta pensando a tumori che possono essere raggiunti solo attraverso capillari stretti ma che potrebbero essere uccisi usando micro-terapeutiche rotanti e i loro principi attivi.

L'imaging in vivo è una sfida importante nel campo della micro e nanorobotica. La tecnica degli ultrasuoni e delle immagini magnetiche è ben consolidata nella pratica clinica. Attualmente, esistono diverse tecniche di imaging in vivo, per esempio., risonanza magnetica (MRI) e imaging con particelle magnetiche (MPI). Entrambi possono essere utilizzati per tracciare gli aggregati delle particelle superparamagnetiche utilizzate nello studio. L'MPI che utilizza clinicamente approvato, agenti di contrasto per risonanza magnetica a base di ossido di ferro è in grado di 3-D, immagini ad alta risoluzione in tempo reale. I ricercatori non vedono l'ora di funzionalizzare i nanofarmaci con le particelle di ossido di ferro per consentire la mappatura del sistema vascolare e il trasporto simultaneo dei nanofarmaci.

Migliora la risoluzione dell'imaging a ultrasuoni

Il meccanismo sviluppato tramite ultrasuoni è un'altra potenziale applicazione. Per esempio, particelle superparamagnetiche e farmaci chemioterapici possono essere incorporati nelle microbolle a guscio polimerico. Le bolle vengono utilizzate come mezzo di contrasto che potrebbe essere distribuito tramite un movimento rotatorio in aree del corpo difficili da raggiungere. Ciò potrebbe migliorare la risoluzione dell'ecografia.

"In questo studio abbiamo dimostrato la propulsione utilizzando microaggregati autoassemblanti, ma questo è solo l'inizio, " ha commentato Daniel Ahmed. Il prossimo passo sarà esaminare come si comportano i microrulli magnetici in condizioni di flusso con particelle ausiliarie, come globuli rossi e bianchi, e se è possibile persuadere anche le particelle magnetiche a muoversi contro il flusso. Vuole anche testare il suo sistema in vivo su modelli animali.