Gli ingegneri dell'UNSW hanno dimostrato che i micro-sottomarini alimentati da nanomotori potrebbero navigare nel corpo umano per fornire una somministrazione mirata di farmaci agli organi malati senza la necessità di stimoli esterni.

I tumori del corpo umano potrebbero un giorno essere curati da piccoli, "micro-sottomarini" semoventi che consegnano medicine agli organi colpiti dopo che gli ingegneri chimici e biomedici dell'UNSW Sydney hanno dimostrato che era possibile.

In un articolo pubblicato su Materiali oggi , gli ingegneri spiegano come hanno sviluppato sottomarini di dimensioni micrometriche che sfruttano ambienti biologici per regolare la loro galleggiabilità, consentendo loro di trasportare farmaci in punti specifici del corpo.

L'autore corrispondente Dr. Kang Liang, sia con la Scuola di Ingegneria Biomedica che con la Scuola di Ingegneria Chimica dell'UNSW, afferma che la conoscenza può essere utilizzata per progettare "micromotori" di nuova generazione o veicoli per la consegna di nano-droga, applicando nuove forze motrici per raggiungere obiettivi specifici nel corpo.

"Sappiamo già che i micromotori utilizzano diverse forze motrici esterne, come luce, calore o campo magnetico, per navigare attivamente verso una posizione specifica, " dice il dottor Liang.

"In questa ricerca, abbiamo progettato micromotori che non si affidano più alla manipolazione esterna per navigare verso una posizione specifica. Anziché, sfruttano le variazioni negli ambienti biologici per navigare automaticamente da soli".

Ciò che rende uniche queste microparticelle è che rispondono ai cambiamenti negli ambienti di pH biologico per autoregolare la loro galleggiabilità. Allo stesso modo in cui i sottomarini usano l'ossigeno o l'acqua per allagare i punti di zavorra per renderli più o meno galleggianti, le bolle di gas rilasciate o trattenute dai micromotori a causa delle condizioni di pH nelle cellule umane contribuiscono a far salire o scendere queste nanoparticelle.

Questo è significativo non solo per le applicazioni mediche, ma per i micromotori in genere.

"La maggior parte dei micromotori viaggia in modo bidimensionale, " dice il dottor Liang.

"Ma in questo lavoro, abbiamo progettato un meccanismo di direzione verticale. Abbiamo combinato questi due concetti per creare un progetto di micromotori autonomi che si muovono in modo 3D. Ciò consentirà il loro uso finale come veicoli intelligenti per la somministrazione di farmaci in futuro".

Il dottor Liang illustra un possibile scenario in cui i farmaci vengono assunti per via orale per curare un cancro allo stomaco o all'intestino. Per dare un'idea di scala, dice che ogni capsula di medicinale potrebbe contenere milioni di microsottomarini, e all'interno di ogni micro-sottomarino ci sarebbero milioni di molecole di farmaco.

"Immagina di ingoiare una capsula per colpire un cancro nel tratto gastrointestinale, " lui dice.

"Una volta nel liquido gastrointestinale, i microsottomarini che trasportano il medicinale potrebbero essere rilasciati. All'interno del fluido, potrebbero viaggiare nella regione superiore o inferiore a seconda dell'orientamento del paziente.

"Le particelle caricate di farmaco possono quindi essere interiorizzate dalle cellule nel sito del cancro. Una volta all'interno delle cellule, saranno degradati provocando il rilascio dei farmaci per combattere il cancro in modo molto mirato ed efficiente".

Perché i micro-sottomarini trovino il loro obiettivo, un paziente dovrebbe essere orientato in modo tale che il cancro o la malattia da trattare sia su o giù, in altre parole, un paziente sarebbe in posizione eretta o sdraiato.

Il Dr. Liang afferma che i cosiddetti micro-sottomarini sono essenzialmente sistemi micromotori basati su strutture metalliche organiche composite (MOF) contenenti un enzima bioattivo (catalasi, CAT) come motore per la generazione di bolle di gas. Sottolinea che la ricerca sua e dei suoi colleghi è nella fase di proof-of-concept, con anni di test che devono essere completati prima che questo possa diventare realtà.

Il dottor Liang afferma che il team di ricerca, composto da ingegneri dell'UNSW, Università del Queensland, La Stanford University e l'Università di Cambridge cercheranno anche al di fuori delle applicazioni mediche per questi nuovi nanomotori multidirezionali.

"Stiamo pianificando di applicare questa nuova scoperta ad altri tipi di nanoparticelle per dimostrare la versatilità di questa tecnica, " lui dice.