Ricercatori canadesi guidati dal radiologo di Montreal Gilles Soulez hanno sviluppato un nuovo approccio per trattare i tumori al fegato utilizzando microrobot guidati da magneti in un dispositivo per la risonanza magnetica.
L’idea di iniettare robot microscopici nel flusso sanguigno per curare il corpo umano non è nuova. Inoltre non è fantascienza. Guidati da un campo magnetico esterno, robot biocompatibili in miniatura, costituiti da nanoparticelle di ossido di ferro magnetizzabili, possono teoricamente fornire cure mediche in modo molto mirato.
Finora c’è stato un ostacolo tecnico:la forza di gravità di questi microrobot supera quella magnetica, il che ne limita la guida quando il tumore si trova più in alto rispetto al sito di iniezione. Sebbene il campo magnetico della risonanza magnetica sia elevato, i gradienti magnetici utilizzati per la navigazione e per generare immagini MRI sono più deboli.
"Per risolvere questo problema, abbiamo sviluppato un algoritmo che determina la posizione in cui dovrebbe trovarsi il corpo del paziente durante una risonanza magnetica clinica per sfruttare la gravità e combinarla con la forza di navigazione magnetica", ha affermato il dottor Gilles Soulez, ricercatore presso l'Università di Los Angeles. Centro di ricerca CHUM e direttore del dipartimento di radiologia, radiooncologia e medicina nucleare dell'Università di Montréal.
"Questo effetto combinato rende più facile per i microrobot raggiungere i rami arteriosi che alimentano il tumore", ha affermato. "Variando la direzione del campo magnetico, possiamo guidarli con precisione verso i siti da trattare e preservare così le cellule sane."
Pubblicato in Scienza robotica , questa prova di concetto potrebbe cambiare gli approcci radiologici interventistici utilizzati per trattare i tumori al fegato.
Il più comune di questi, il carcinoma epatocellulare, è responsabile di 700.000 decessi all'anno in tutto il mondo ed è attualmente trattato più spesso con chemioembolizzazione transarteriosa. Questo trattamento invasivo, che richiede personale altamente qualificato, prevede la somministrazione della chemioterapia direttamente nell'arteria che alimenta il tumore al fegato e il blocco dell'afflusso di sangue al tumore utilizzando microcateteri guidati dai raggi X.
"Il nostro approccio alla navigazione tramite risonanza magnetica può essere effettuato utilizzando un catetere impiantabile come quelli utilizzati nella chemioterapia", ha affermato Soulez. "L'altro vantaggio è che i tumori vengono visualizzati meglio alla risonanza magnetica che ai raggi X."
Per questo studio, Soulez e il suo gruppo di ricerca hanno collaborato con quelli di Sylvain Martel (Politecnico di Montreal) e Urs O. Häfeli (Università della British Columbia). Il primo autore dello studio, Ning Li, è un ricercatore post-dottorato nel laboratorio del dottor Soulez.
Grazie allo sviluppo di un iniettore di microrobot compatibile con la risonanza magnetica, gli scienziati sono stati in grado di assemblare "treni di particelle", aggregati di microrobot magnetizzabili. Poiché hanno una forza magnetica maggiore, sono più facili da pilotare e rilevare sulle immagini fornite dal dispositivo MRI.
In questo modo gli scienziati possono garantire non solo che il treno stia andando nella giusta direzione, ma anche che la dose di trattamento sia adeguata. Nel corso del tempo, ogni microrobot trasporterà una parte del trattamento da somministrare, quindi è essenziale che i radiologi sappiano quanti ce ne sono.
"Abbiamo effettuato prove su 12 maiali per replicare, il più fedelmente possibile, le condizioni anatomiche del paziente", ha detto Soulez. "Questo si è rivelato decisivo:i microrobot hanno navigato preferenzialmente nei rami dell'arteria epatica presi di mira dall'algoritmo e hanno raggiunto la loro destinazione."
Il suo team si è assicurato che la localizzazione del tumore in diverse parti del fegato non influenzasse l'efficacia di tale approccio.
"Utilizzando un atlante anatomico di fegati umani, siamo stati in grado di simulare il pilotaggio di microrobot su 19 pazienti trattati con chemioembolizzazione transarteriosa", ha affermato. "Avevano un totale di trenta tumori in diverse posizioni del fegato. In oltre il 95% dei casi, la posizione del tumore era compatibile con l'algoritmo di navigazione per raggiungere il tumore target."
Nonostante questo progresso scientifico, l'applicazione clinica di questa tecnologia è ancora molto lontana.
"Prima di tutto, utilizzando l'intelligenza artificiale, dobbiamo ottimizzare la navigazione in tempo reale dei microrobot rilevando la loro posizione nel fegato e anche la presenza di blocchi nei rami dell'arteria epatica che alimentano il tumore", ha affermato Soulez.
Gli scienziati dovranno inoltre modellare il flusso sanguigno, il posizionamento del paziente e la direzione del campo magnetico utilizzando un software che simula il flusso dei fluidi attraverso i vasi. Ciò consentirà di valutare l'impatto di questi parametri sul trasporto dei microrobot al tumore bersaglio, migliorando così la precisione dell'approccio.
Ulteriori informazioni: NING LI et al, Navigazione su scala umana di microrobot magnetici nelle arterie epatiche, Science Robotics (2024). DOI:10.1126/scirobotics.adh8702. www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adh8702
Informazioni sul giornale: Robotica scientifica
Fornito dal Centro di ricerca ospedaliero dell'Università di Montreal
