Gli ingegneri dell'Università della California di San Diego hanno sviluppato minuscoli robot a ultrasuoni in grado di nuotare nel sangue, rimuovere i batteri nocivi insieme alle tossine che producono. Questi nanorobot proof-of-concept potrebbero un giorno offrire un modo sicuro ed efficiente per disintossicare e decontaminare i fluidi biologici.

I ricercatori hanno costruito i nanorobot rivestendo nanofili d'oro con un ibrido di membrane di piastrine e globuli rossi. Questo rivestimento della membrana cellulare ibrida consente ai nanorobot di svolgere i compiti di due cellule diverse contemporaneamente:piastrine, che legano agenti patogeni come i batteri MRSA (un ceppo di Staphylococcus aureus resistente agli antibiotici), e globuli rossi, che assorbono e neutralizzano le tossine prodotte da questi batteri. Il corpo d'oro dei nanorobot risponde agli ultrasuoni, che dà loro la capacità di nuotare rapidamente senza carburante chimico. Questa mobilità aiuta i nanorobot a mescolarsi efficacemente con i loro bersagli (batteri e tossine) nel sangue e ad accelerare la disintossicazione.

Il lavoro, pubblicato il 30 maggio in Robotica scientifica , combina tecnologie sperimentate da Joseph Wang e Liangfang Zhang, professori nel Dipartimento di NanoEngineering presso la UC San Diego Jacobs School of Engineering. Il team di Wang ha sviluppato i nanorobot alimentati a ultrasuoni, e il team di Zhang ha inventato la tecnologia per rivestire le nanoparticelle nelle membrane cellulari naturali.

"Integrando rivestimenti cellulari naturali su nanomacchine sintetiche, possiamo impartire nuove capacità a piccoli robot come la rimozione di agenti patogeni e tossine dal corpo e da altre matrici, " ha detto Wang. "Questa è una piattaforma proof-of-concept per diverse applicazioni terapeutiche e biodetossificanti".

"L'idea è quella di creare nanorobot multifunzionali in grado di eseguire tanti compiti diversi contemporaneamente, " ha detto la co-prima autrice Berta Esteban-Fernández de Ávila, uno studioso post-dottorato nel gruppo di ricerca di Wang alla UC San Diego. "La combinazione delle membrane delle piastrine e dei globuli rossi in ciascun rivestimento di nanorobot è sinergica:le piastrine prendono di mira i batteri, mentre i globuli rossi prendono di mira e neutralizzano le tossine prodotte da quei batteri".

Il rivestimento protegge anche i nanorobot da un processo noto come biofouling, quando le proteine ​​si raccolgono sulla superficie di oggetti estranei e impediscono loro di funzionare normalmente.

I ricercatori hanno creato il rivestimento ibrido separando prima intere membrane da piastrine e globuli rossi. Hanno quindi applicato onde sonore ad alta frequenza per fondere insieme le membrane. Poiché le membrane sono state prelevate da cellule reali, contengono tutte le loro funzioni proteiche originarie della superficie cellulare. Per realizzare i nanorobot, i ricercatori hanno rivestito le membrane ibride su nanofili d'oro utilizzando una chimica di superficie specifica.

I nanorobot sono circa 25 volte più piccoli della larghezza di un capello umano. Possono viaggiare fino a 35 micrometri al secondo nel sangue quando alimentati dagli ultrasuoni. Nei test, i ricercatori hanno utilizzato i nanorobot per trattare campioni di sangue contaminati da MRSA e dalle loro tossine. Dopo cinque minuti, questi campioni di sangue contenevano tre volte meno batteri e tossine rispetto ai campioni non trattati.

Il lavoro è ancora in una fase iniziale. I ricercatori osservano che l'obiettivo finale non è utilizzare i nanorobot specificamente per il trattamento delle infezioni da MRSA, ma più in generale per la disintossicazione dei fluidi biologici. Il lavoro futuro include test su animali vivi. Il team sta anche lavorando alla realizzazione di nanorobot con materiali biodegradabili anziché con oro.

Titolo del paper:"Nanorobot funzionalizzati con biomembrana ibridi per la rimozione simultanea di batteri patogeni e tossine". I coautori includono i co-primi autori congiunti Pavimol Angsantikul e Doris. E Ramirez Herrera, Fernando Soto, Hazhir Teymourian e Diana Dehaini, Yijie Chen, tutto all'UC San Diego.