Sciami di microscopici, magnetico, perline robotiche potrebbero essere lavate accanto ai migliori chirurghi vascolari del mondo, tutti mirando alle arterie bloccate. Questi microrobot, che sembrano e si muovono come batteri a forma di cavatappi, sono stati sviluppati da ingegneri meccanici presso la Drexel University come parte di un kit di strumenti chirurgici assemblato dal Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) in Corea del Sud.

MinJun Kim, dottorato di ricerca, professore al College of Engineering e direttore dell'Attuazione Biologica, Laboratorio di rilevamento e trasporto (BASTLab) presso Drexel, sta aggiungendo l'ampio lavoro del suo team sulla microrobotica ispirata alla bioedilizia a un'iniziativa di ricerca internazionale da 18 milioni di dollari del Korea Evaluation Institute of Industrial Technologies (KEIT) volta a creare un sistema minimamente invasivo, procedura assistita da microrobot per trattare le arterie bloccate entro cinque anni.

DGIST, un ente di ricerca finanziato dal governo a Daegu, Corea del Sud, è il leader del partenariato di 11 istituzioni, che include alcuni dei migliori ingegneri e roboticisti del mondo. La squadra di Drexel, i rappresentanti solitari degli Stati Uniti, è già sulla buona strada per adattare la tecnologia robotica dei "micronuotatori" per pulire le arterie.

"La microrobotica è ancora un campo di studi piuttosto nascente, e molto agli inizi quando si tratta di applicazioni mediche, " ha detto Kim. "Un progetto come questo, perché è supportato da istituzioni di primo piano e ha un obiettivo così sfidante, è un'opportunità per spingere sia la medicina che la microrobotica in un posto nuovo ed eccitante".

I micronuotatori di Kim sono catene di tre o più perline di ossido di ferro, rigidamente legati tra loro tramite legami chimici e forza magnetica. Queste catene sono abbastanza piccole, dell'ordine dei nanometri, da poter navigare nel flusso sanguigno come una minuscola barca. Le perle sono messe in movimento da un campo magnetico esterno che fa ruotare ciascuna di esse. Perché sono collegati tra loro, le loro singole rotazioni fanno girare la catena come un cavatappi e questo movimento spinge il micronuotatore.

Controllando il campo magnetico, Kim può dirigere la velocità e la direzione dei micronuotatori. Il magnetismo coinvolto consente anche ai ricercatori di unire fili separati di micronuotatori insieme per creare stringhe più lunghe, che può quindi essere spinto con maggiore forza.

Questa ricerca, che è stato recentemente riportato in Journal of Nanoparticle Research , è uno dei motivi per cui il laboratorio di Kim è stato scelto per l'ambizioso progetto.

"La nostra tecnologia per micronuotatori ad azionamento magnetico è la soluzione perfetta per questo progetto, " Kim ha detto. "I micronuotatori sono composti da perline biodegradabili inorganiche in modo che non inneschino una risposta immunitaria nel corpo. E possiamo regolare le loro dimensioni e le proprietà della superficie per affrontare con precisione qualsiasi tipo di occlusione arteriosa".

L'ispirazione di Kim per l'utilizzo dei nuotatori robotici come minuscoli trapani in realtà è venuta da un batterio dannoso che provoca il caos all'interno del corpo facendo proprio questo:scavando attraverso i tessuti sani. Borrelia burgdorferi, i batteri che causano la malattia di Lyme, è classificato per la sua forma a spirale, che consente sia il suo movimento che la conseguente distruzione cellulare.

I ricercatori del DGIST stanno pianificando di sfruttare questo comportamento nei micronuotatori per aprire la strada a una sonda vascolare allentando la placca arteriosa che causa il blocco.

La sonda, che sembra un minuscolo trapano, è stato progettato da Bradley Nelson dell'ETH di Zurigo, un pioniere nel campo della chirurgia microrobotica. Il piano del team è quello di utilizzare un catetere per fornire i micronuotatori e il trapano direttamente all'arteria bloccata. Da li, i nuotatori si sarebbero fatti strada nel blocco, allora il trapano lo cancellerebbe completamente.

Una volta ripristinato il flusso nell'arteria, le catene del micronuotatore potrebbero disperdersi ed essere utilizzate per somministrare farmaci anticoagulanti direttamente nell'area interessata per prevenire futuri blocchi.

Questa procedura potrebbe soppiantare i due metodi più comuni per il trattamento delle arterie bloccate:stent e angioplastica. Lo stent è un modo per creare un bypass per il flusso di sangue intorno al blocco inserendo una serie di tubi nell'arteria, mentre l'angioplastica spinge fuori il blocco espandendo l'arteria con l'aiuto di una sonda gonfiabile.

"Gli attuali trattamenti per l'occlusione totale cronica hanno successo solo per il 60% circa, " ha detto Kim. "Riteniamo che il metodo che stiamo sviluppando potrebbe raggiungere l'80-90 percento di successo e possibilmente ridurre i tempi di recupero".