Biodegradable nanobots could help treat cancer / I nanorobot biodegradabili potrebbero aiutare a curare il cancro
A team of scientists have created a new generation of tiny remote-controlled nanobots which could eventually allow doctors to diagnose disease and fight cancer from within the human body.
The team led by Prof Li Zhang from the Chinese University of Hong Kong, including Prof Kostas Kostarelos from Manchester University, have created the bots from a biodegradable material called spirulina algae.
A paper by the team, published in Science Robotics, hails the bots’ biodegradability as a new concept, in which an iron magnetic coating help to fine-tune the rate which they degrade.
In tests, a swarm of nanobots measuring a few millionths of a metre long were guided magnetically to sites in the stomach of rats.
They could be tracked in tissue close to the skin’s surface by imaging the algae’s natural luminescence, and in hard-to-reach deeper tissue by magnetic resonance imaging (MRI).
Scientists suggest their findings could lead to a way to deliver drugs to parts of the body that are otherwise difficult to treat. The nanobots could also sense chemical changes linked to the onset of illness within parts of the body, which makes them potentially useful as probes for remote diagnosis.
The time taken for the robots to function and biodegrade within the body could be tailored by adjusting the thickness of their manufactured coating.
In lab tests, the devices were found to release potent compounds from the algae core during degradation, which selectively attacked cancer cells while leaving healthy cells unharmed. Further research could show whether this might have potential as a treatment, researchers say.
The team cautions that more work needs to be done on motion tracking, biocompatibility, biodegradation, and diagnostic and therapeutic effects before clinical trials can take place.
Professor Zhang said: “Rather than fabricate a functional microrobot from scratch using intricate laboratory techniques and processes, we set out to directly engineer smart materials in nature, which are endowed with favourable functionalities for medical applications owing to their intrinsic chemical composition. For instance, because these biohybrid bots have a naturally fluorescent biological interior and magnetic iron-oxide exterior, we can track and actuate a swarm of those agents inside the body quite easily using fluorescence imaging and magnetic resonance imaging.
“Our microrobots have the ability to sense changes in environments associated with the onset of illness and that makes them a promising probe for remote diagnostic sensing of diseases.
“We must now develop this technology further so we are able to fine-tune this image-guided therapy and create a proof of concept for the engineering of multifunctional microrobotic and nanorobotic devices.”
Professor Kostarelos said: “Creating robotic systems which can be propelled and guided in the body has been and still is a holy grail in the field of delivery system engineering.
“Our work takes advantage of some elements offered by nature such as fluorescence, degradability, shape.
“But we add engineered features such as magnetisation and biological activity to come up with the proof-of-concept behind our bio-hybrid, magnetically propelled microrobots.
He added: “We are still in early days of development since any such robotic system would need to be either completely and safely degraded, or it will need to be removed or excreted from the body after it has finished its work.
“But nevertheless, our work provides the first ever example of how this could be possibly achieved by degradation.”
ITALIANO
Un GRUPPO di scienziati ha creato una nuova generazione di minuscoli nanorobot telecomandati che potrebbero consentire ai medici di diagnosticare malattie e combattere il cancro all'interno del corpo umano.
Il gruppo guidato dal professor Li Zhang dell'Università di Hong Kong, incluso il prof Kostas Kostarelos dell'Università di Manchester, ha creato i robot da un materiale biodegradabile chiamato alghe spirulina.
Un articolo del gruppo, pubblicato su Science Robotics, considera la biodegradabilità dei robot come un nuovo concetto, in cui un rivestimento magnetico in ferro aiuta a mettere a punto l'obiettivo che degradano.
Nei test, uno sciame di nanorobot di pochi milionesimi di metro è stato guidato magneticamente ai siti dello stomaco dei ratti.
Possono essere rintracciati nel tessuto vicino alla superficie della pelle mediante analisi dell'immagine della luminescenza naturale delle alghe e in tessuti più profondi e difficili da raggiungere mediante risonanza magnetica (MRI).
Gli scienziati suggeriscono che le loro scoperte potrebbero portare a un modo per somministrare farmaci a parti del corpo che sono altrimenti difficili da trattare. I nanorobot potrebbero anche avvertire i cambiamenti chimici legati all'insorgenza della malattia all'interno di parti del corpo, il che li rende potenzialmente utili come sonde per la diagnosi a distanza.
Il tempo necessario affinché i robot funzionino e si biodegradino all'interno del corpo potrebbe essere adattato regolando lo spessore del rivestimento del prodotto.
Nei test di laboratorio, è stato scoperto che i dispositivi rilasciavano potenti composti dal nucleo di alghe durante la degradazione, che attaccavano selettivamente le cellule tumorali lasciando intatte le cellule sane. Ulteriori ricerche potrebbero dimostrare se questo potrebbe avere un potenziale come trattamento, dicono i ricercatori.
Il gruppo avverte che è necessario più lavoro sul tracciamento del movimento, sulla biocompatibilità, sulla biodegradazione e sugli effetti diagnostici e terapeutici prima che possano aver luogo gli studi clinici.
Il professor Zhang ha detto: "Anziché fabbricare un microrobot funzionale partendo da complicate tecniche e processi di laboratorio, ci siamo proposti di progettare direttamente materiali intelligenti in natura, dotati di funzionalità favorevoli per applicazioni mediche a causa della loro composizione chimica intrinseca. Ad esempio, poiché questi robot ibridi biologici hanno un interno biologico naturalmente fluorescente e un ossido di ferro magnetico esterno, possiamo rintracciare e attivare uno sciame di questi agenti all'interno del corpo piuttosto facilmente utilizzando l'analisi dell'immagine a fluorescenza e la risonanza magnetica.
"I nostri microrobots hanno la capacità di rilevare i cambiamenti negli ambienti associati all'insorgenza della malattia e questo li rende una sonda promettente per il rilevamento diagnostico remoto delle malattie.
"Ora dobbiamo sviluppare ulteriormente questa tecnologia, quindi siamo in grado di mettere a punto questa terapia guidata dall'immagine e creare una dimostrazione del concetto per l'ingegneria di dispositivi microrobotici e nanorobotici multifunzionali".
Il professor Kostarelos ha dichiarato: "La creazione di sistemi robotici che possono essere spinti e guidati nel corpo è stata ed è ancora un santo graal nel campo dell'ingegneria dei sistemi.
"Il nostro lavoro sfrutta alcuni elementi offerti dalla natura come fluorescenza, degradabilità, forma.
"Ma aggiungiamo caratteristiche ingegnerizzate come la magnetizzazione e l'attività biologica per trovare la dimostrazione del concetto dietro i nostri microrobot a bio-ibrido, a propulsione magnetica."
Ha aggiunto: "Siamo ancora ai primi giorni di sviluppo dal momento che qualsiasi sistema robotico di questo tipo avrebbe bisogno di essere completamente e tranquillamente degradato, o dovrà essere rimosso o espulso dal corpo dopo aver terminato il suo lavoro."
"Tuttavia, il nostro lavoro fornisce il primo esempio di come questo possa essere ottenuto con il degrado."
Da:
https://www.theengineer.co.uk/biodegradable-nanobots-cancer/?cmpid=tenews_4341267&adg=B69ABBDE-DA23-4BA2-B8C3-86E1E1A9FA79
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