Robot made of algae can swim through your body—thanks to magnets / Robot fatto di alghe può nuotare attraverso il tuo corpo, grazie ai magneti.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

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https://youtu.be/Q8hqdzm3Yqc

For decades, engineers have been trying to build medical robots that can deliver drugs or do surgery inside the human body—a somewhat less fantastic version of the 1966 sci-fi film Fantastic Voyage. Now, scientists have manipulated spirulina, a microscopic plant and food supplement, to travel through people in response to magnetic signals. The biohybrid robot could one day carry drugs to specific parts of the body, minimizing side effects. What’s more, the robot—and its magnetic coat—appear to kill cancer cells.

Spirulina, an alga, looks like a tiny coiled spring at the microscopic level. Researchers had been trying, and succeeding to various degrees, to build bots out of rods, tubes, spheres, and even cages no bigger than a cell. Outfitting these tiny devices with an ample power supply has been quite a challenge, as most potential fuels are toxic to humans. Another problem is steering such a microrobot through the body’s maze of proteins and other molecules, which requires both a way to control its movements and to see where it is.

So Li Zhang, a materials scientist at the Chinese University of Hong Kong in Shatin, turned to magnetism—and living organisms. Magnetic fields created outside the body can penetrate living tissue without harm, allowing researchers to move magnetized objects around inside. For maximum mobility, a helical body propelled by twirling works best. Enter spirulina. “It’s surprising that you can find in nature such a convenient structure and that it can behave so nicely,” says Peer Fischer, a physical chemist at the Max Planck Institute for Intelligent Systems in Stuttgart, Germany, who was not involved in the study.

Several years ago, Zhang and his colleagues used the alga as inspiration for a synthetic microbot, which worked to some degree. This time, the scientists decided to use the alga itself. They needed a way to track the robot in the body, and the alga produces a fluorescent glow. The researchers wondered whether they could follow the robot's course near the body surface by detecting this fluorescence, and then use a commonly used medical imaging technology called nuclear magnetic resonance (NMR) to track it in deeper parts of the body. NMR works by detecting magnetic particles given to a patient before the imaging takes place.

They developed a one-step method to magnetize the alga, coating millions of spirulina with iron oxide nanoparticles. A longer dip time allows for more control, but a shorter dip time allows researchers to detect the fluorescence more readily. When the bot is too deep for that technique to work, NMR can still follow the robot’s course because of the coating, the researchers report today in Science Robotics. Using NMR, they observed the microrobots swarm in a rat’s stomach as directed by the magnetic field.

“It’s a step forward that you can track these swimmers in the body,” says Joseph Wang, a nanoengineer at the University of California, San Diego, who is developing a different sort of medical microbot. “And it’s biocompatible and low cost.”

That biocompatibility is an important feature. The microrobot degrades in hours or days, depending on how thick the coating is; yet it doesn’t damage most cells. The one exception was cancer cells, some 90% of which were destroyed after tumor cells growing in a lab dish were exposed to the spirulina for 48 hours. Further tests indicated that spirulina produces a compound that’s toxic just to cancer cells. “The [cancer-killing] behavior seems to be an interesting, unexpected feature,” Fischer says.

But there’s still a long way to go for the half-dozen teams around the world now developing such microrobots. Zhang’s team, for example, still needs to show that its microbot can carry cargo—such as drugs attached to or within the spiral—and deliver those drugs more effectively than just taking a pill or getting an injection. “It’s still not ready for a doctor to use,” Wang says, but he thinks it might be ready in another 10 years. “Everyone wants to realize this fantastic voyage.”

ITALIANO

Per decenni, gli ingegneri hanno cercato di costruire robot medici in grado di fornire farmaci o eseguire interventi chirurgici all'interno del corpo umano, una versione un po 'meno fantastica del film di fantascienza del 1966 Fantastic Voyage. Ora, gli scienziati hanno manipolato la spirulina, una pianta microscopica e un integratore alimentare, per viaggiare attraverso le persone in risposta a segnali magnetici. Il robot bioibrido potrebbe un giorno trasportare farmaci in specifiche parti del corpo, riducendo al minimo gli effetti collaterali. Inoltre, il robot e il suo rivestimento magnetico sembrano uccidere le cellule tumorali.

La Spirulina, un'alga, sembra una minuscola molla a spirale a livello microscopico. I ricercatori stavano provando, e riuscendo in vari gradi, a costruire robot di verghe, tubi, sfere e persino gabbie non più grandi di una cellula. Adattare questi piccoli dispositivi con un ampio alimentatore è stata una vera sfida, poiché la maggior parte dei potenziali combustibili sono tossici per l'uomo. Un altro problema è quello di dirigere un microrobot attraverso il labirinto del corpo di proteine ​​e altre molecole, che richiede sia un modo per controllare i suoi movimenti sia per vedere dove si trova.

Così Li Zhang, uno scienziato dei materiali dell'Università cinese di Hong Kong a Shatin, si è rivolto al magnetismo e agli organismi viventi. I campi magnetici creati al di fuori del corpo possono penetrare nei tessuti viventi senza danno, consentendo ai ricercatori di spostare oggetti magnetizzati all'interno. Per la massima mobilità, un corpo elicoidale azionato da twirling funziona al meglio. Inserisci spirulina. "È sorprendente che tu possa trovare in natura una struttura così conveniente e che possa comportarsi così bene", dice Peer Fischer, un chimico fisico al Max Planck Institute for Intelligent Systems di Stoccarda, in Germania, che non è stato coinvolto nello studio.

Diversi anni fa, Zhang e i suoi colleghi hanno usato l'alga come ispirazione per un microbot sintetico, che ha funzionato in una certa misura. Questa volta, gli scienziati hanno deciso di utilizzare l'alga stessa. Avevano bisogno di un modo per rintracciare il robot nel corpo, e l'alga produce un bagliore fluorescente. I ricercatori si sono chiesti se potevano seguire il percorso del robot vicino alla superficie del corpo rilevando questa fluorescenza e quindi utilizzare una tecnologia di analisi dell'immagine medicale comunemente usata chiamata risonanza magnetica nucleare (NMR) per localizzarla in parti più profonde del corpo. L'NMR funziona rilevando le particelle magnetiche fornite a un paziente prima che l'analisi dell'immagine abbia luogo.

Hanno sviluppato un metodo one-step per magnetizzare l'alga, rivestendo milioni di spirulina con nanoparticelle di ossido di ferro. Un tempo di immersione più lungo consente un maggiore controllo, ma un tempo di immersione più breve consente ai ricercatori di rilevare più facilmente la fluorescenza. Quando il robot è troppo profondo per far funzionare la tecnica, NMR può ancora seguire il corso del robot a causa del rivestimento, i ricercatori riferiscono oggi su Science Robotics. Usando NMR, hanno osservato lo sciame di microrobots nello stomaco di un ratto come indicato dal campo magnetico.

"È un passo avanti in cui è possibile tenere traccia di questi nuotatori nel corpo", afferma Joseph Wang, un nano ingegnere dell'Università della California, a San Diego, che sta sviluppando un diverso tipo di microrobot medico. "Ed è biocompatibile e a basso costo".

Questa biocompatibilità è una caratteristica importante. Il microrobot si degrada in ore o giorni, a seconda di quanto è spesso il rivestimento; eppure non danneggia la maggior parte delle cellule. L'unica eccezione erano le cellule cancerose, il 90% delle quali sono state distrutte dopo che le cellule tumorali che crescevano in un piatto di laboratorio sono state esposte alla spirulina per 48 ore. Ulteriori test hanno indicato che la spirulina produce un composto che è tossico solo per le cellule tumorali. "Il comportamento [cancer-killing] sembra essere una caratteristica interessante e inaspettata", afferma Fischer.

Ma c'è ancora molta strada da fare per la mezza dozzina di gruppi in tutto il mondo che ora stanno sviluppando tali microrobot. La gruppo di Zhang, ad esempio, deve ancora dimostrare che il suo microbo può trasportare carichi, come i farmaci attaccati alla spirale o all'interno della spirale, e fornire tali farmaci in modo più efficace rispetto all'assunzione di una pillola o di un'iniezione. "Non è ancora pronto da usare per un medico", dice Wang, ma pensa che potrebbe essere pronto in altri 10 anni. "Tutti vogliono realizzare questo fantastico viaggio."

Da:

http://www.sciencemag.org/news/2017/11/robot-made-algae-can-swim-through-your-body-thanks-magnets?utm_campaign=news_daily_2017-11-22&et_rid=344224141&et_cid=1680546