Un gruppo di ricercatori dell'Università Tecnica di Monaco (TUM) ha sviluppato il primo microrobot ("microbot") al mondo in grado di navigare all'interno di gruppi di cellule e stimolare le singole cellule. Berna Özkale Edelmann, professoressa di nanorobotica e microrobotica, vede il potenziale per nuovi trattamenti per le malattie umane. La ricerca è pubblicata sulla rivista Advanced Healthcare Materials .
I microbot sono rotondi, spessi la metà di un capello umano, contengono nanotubi d'oro e colorante fluorescente e sono circondati da un biomateriale ottenuto dalle alghe. Possono essere guidati dalla luce laser per spostarsi tra le cellule. Questi minuscoli robot sono stati inventati dalla prof.ssa Berna Özkale Edelmann. Nello specifico, la bioingegnere e direttrice del Microrobotic Bioengineering Lab ha lavorato con il suo team di ricercatori per sviluppare una piattaforma tecnologica per la produzione su larga scala di questi veicoli. Attualmente vengono utilizzati in vitro, al di fuori del corpo umano.
I microbot TACSI differiscono dai classici robot umanoidi o dai bracci robotici visti nelle fabbriche. L’intero sistema richiede un microscopio per ingrandire i mondi su piccola scala, un computer e un laser per guidare i microbot da 30 micrometri (μm) controllati dall’uomo. I robot possono essere riscaldati e inoltre indicano continuamente la loro temperatura. Questo è importante perché, oltre alla capacità di raggiungere le singole cellule, sono progettati anche per riscaldare le posizioni delle singole cellule o dei gruppi di cellule.
TACSI sta per Imaging del segnale cellulare attivato termicamente. In termini semplici, si tratta di un sistema basato su immagini in grado di riscaldare le cellule per attivarle. TACSI è un "taxi" in ogni senso della parola:in futuro, il minuscolo robot "guiderà" direttamente nel luogo in cui i ricercatori desiderano studiare i processi cellulari. "Per la prima volta a livello mondiale, abbiamo sviluppato un sistema che non solo consente ai microbot di navigare attraverso gruppi di cellule, ma può anche stimolare singole cellule attraverso cambiamenti di temperatura", afferma il prof. Özkale Edelmann.
Come sono realizzati i microbot?
La produzione dei microbot si basa su "chip microfluidici" che modellano il processo di fabbricazione. Il biomateriale viene iniettato attraverso un canale sul lato sinistro del chip. Viene quindi aggiunto un olio con componenti specifici dall'alto e dal basso attraverso canali da 15–60 µm. I robot finiti emergono sulla destra. Nel caso del microbot TACSI vengono aggiunti i seguenti componenti:
"Ciò rende possibile realizzare fino a 10.000 microbot in un unico ciclo di produzione", spiega Philipp Harder, un membro del gruppo di ricerca.
Talvolta sono sufficienti piccole variazioni di temperatura per influenzare i processi cellulari. "Quando la pelle viene ferita, ad esempio a causa di un taglio, la temperatura corporea aumenta leggermente, provocando l'attivazione del sistema immunitario", spiega il prof. Özkale Edelmann.
Vuole saperne di più sulla possibilità che questa "stimolazione termica" possa essere utilizzata per guarire le ferite. Mancano anche ricerche sulla possibilità che le cellule tumorali diventino più aggressive quando stimolate. Gli studi attuali dimostrano che le cellule tumorali muoiono ad alte temperature (60°C). Questo effetto può essere utilizzato anche per trattare l'aritmia cardiaca e la depressione.
I ricercatori del team del Prof. Özkale Edelmann hanno utilizzato cellule renali per dimostrare che i canali ionici cellulari possono essere influenzati. Per fare ciò, hanno guidato i microbot TACSI verso le celle. "Abbiamo utilizzato il laser a infrarossi per aumentare la temperatura. Per misurare l'aumento, abbiamo misurato l'intensità del colore della rodamina B", spiega Philipp Harder. Il team ha osservato che i canali ionici delle cellule si aprivano a determinate temperature, ad esempio per consentire al calcio di entrare nella cellula.
"Con questo esempio concreto abbiamo dimostrato che il calore provoca cambiamenti nella cella anche con lievi aumenti di temperatura", afferma il prof. Özkale Edelmann. Spera che ulteriori ricerche indichino la strada a nuovi trattamenti, ad esempio rendendo possibile incanalare i farmaci nelle singole cellule.
Ulteriori informazioni: Philipp Harder et al, Un microrobot guidato dal laser per la stimolazione termica di singole cellule, Materiali sanitari avanzati (2023). DOI:10.1002/adhm.202300904
Informazioni sul giornale: Materiali sanitari avanzati
Fornito dall'Università tecnica di Monaco
