I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno dimostrato per la prima volta che i microveicoli possono essere guidati attraverso i vasi sanguigni nel cervello dei topi utilizzando gli ultrasuoni. Sperano che questo alla fine porti a trattamenti in grado di somministrare farmaci con precisione millimetrica. Il loro studio è pubblicato su Nature Communications .
I tumori al cervello, le emorragie cerebrali e le condizioni neurologiche e psicologiche sono spesso difficili da trattare con i farmaci. E anche quando sono disponibili farmaci efficaci, questi tendono ad avere effetti collaterali gravi perché circolano in tutto il cervello e non solo nell'area che dovrebbero trattare.
Alla luce di questa situazione, i ricercatori nutrono grandi speranze di riuscire un giorno a fornire un approccio più mirato in grado di fornire farmaci in luoghi specificatamente definiti. A tal fine, stanno sviluppando mini-trasportatori che possano essere guidati attraverso il fitto labirinto di vasi sanguigni.
I ricercatori dell'ETH di Zurigo, dell'Università di Zurigo e dell'Ospedale universitario di Zurigo sono riusciti per la prima volta a guidare i microveicoli attraverso i vasi sanguigni nel cervello di un animale utilizzando gli ultrasuoni.
Rispetto alle tecnologie di navigazione alternative come quelle basate sui campi magnetici, gli ultrasuoni offrono alcuni vantaggi. Daniel Ahmed, professore di robotica acustica all'ETH di Zurigo e supervisore dello studio, spiega:"Oltre ad essere ampiamente utilizzati in campo medico, gli ultrasuoni sono sicuri e penetrano in profondità nel corpo."
Per il loro microveicolo, Ahmed e i suoi colleghi hanno utilizzato microbolle piene di gas rivestite di lipidi, le stesse sostanze di cui sono fatte le membrane cellulari biologiche. Le bolle hanno un diametro di 1,5 micrometri e sono attualmente utilizzate come materiale di contrasto nell'imaging ecografico.
Come hanno ora dimostrato i ricercatori, queste microbolle possono essere guidate attraverso i vasi sanguigni. "Poiché queste bolle, o vescicole, sono già approvate per l'uso negli esseri umani, è probabile che la nostra tecnologia verrà approvata e utilizzata nei trattamenti per gli esseri umani più rapidamente rispetto ad altri tipi di microveicoli attualmente in fase di sviluppo", afferma Ahmed.
Un altro vantaggio delle microbolle guidate dagli ultrasuoni è che una volta terminato il loro lavoro si dissolvono nel corpo. Quando si utilizza un altro approccio, quello dei campi magnetici, i microveicoli devono essere magnetici e non è facile sviluppare microveicoli biodegradabili. Inoltre le microbolle sviluppate dai ricercatori dell’ETH di Zurigo sono piccole e lisce. "Questo ci rende facile guidarli lungo i capillari stretti", afferma Alexia Del Campo Fonseca, dottoranda nel gruppo di Ahmed e autrice principale dello studio.
Negli ultimi anni, Ahmed e il suo gruppo hanno lavorato in laboratorio per sviluppare il loro metodo per guidare le microbolle attraverso vasi stretti. Ora, in collaborazione con ricercatori dell'Università di Zurigo e dell'Ospedale universitario di Zurigo, hanno testato questo metodo sui vasi sanguigni nel cervello dei topi. I ricercatori hanno iniettato le bolle nel sistema circolatorio dei roditori, dove vengono trascinate nel flusso sanguigno senza alcun aiuto esterno.
Tuttavia, i ricercatori sono riusciti a utilizzare gli ultrasuoni per mantenere le bolle in posizione e guidarle attraverso i vasi cerebrali contro la direzione del flusso sanguigno. I ricercatori sono riusciti persino a guidare le bolle attraverso vasi sanguigni contorti o a fargli cambiare direzione più volte per indirizzarle nei rami più stretti del flusso sanguigno.
Per controllare i movimenti dei microveicoli, i ricercatori hanno anche attaccato quattro piccoli trasduttori all'esterno del cranio di ciascun topo. Questi dispositivi generano vibrazioni nella gamma degli ultrasuoni, che si diffondono attraverso il cervello sotto forma di onde. In determinati punti del cervello, le onde emesse da due o più trasduttori possono amplificarsi a vicenda o annullarsi a vicenda. I ricercatori guidano le bolle utilizzando un metodo sofisticato per regolare l'uscita di ogni singolo trasduttore. L'imaging in tempo reale mostra loro la direzione in cui si stanno muovendo le bolle.
Per creare l’imaging per questo studio, i ricercatori hanno utilizzato la microscopia a due fotoni. In futuro, vogliono utilizzare gli ultrasuoni stessi anche per l'imaging e prevedono di migliorare la tecnologia ad ultrasuoni a questo scopo.
In questo studio le microbolle non erano dotate di farmaci. I ricercatori volevano innanzitutto dimostrare che potevano guidare i microveicoli lungo i vasi sanguigni e che questa tecnologia era adatta all'uso nel cervello. È qui che esistono promettenti applicazioni mediche, tra cui il trattamento del cancro, dell'ictus e dei disturbi psicologici.
Il prossimo passo dei ricercatori sarà quello di fissare le molecole del farmaco all'esterno dell'involucro a bolle per il trasporto. Vogliono migliorare l'intero metodo fino al punto in cui possa essere utilizzato sugli esseri umani, sperando che un giorno possa fornire la base per lo sviluppo di nuovi trattamenti.
Ulteriori informazioni: Alexia Del Campo Fonseca et al, Intrappolamento a ultrasuoni e navigazione di microrobot nel sistema vascolare del cervello del topo, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41557-3
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito da ETH Zurigo
