I millirobot magnetici prendono di mira le infezioni cardiache / Magnetic millirobots target heart infections

I millirobot magnetici prendono di mira le infezioni cardiache / Magnetic millirobots target heart infections

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

Gli ingegneri della Johns Hopkins University hanno sviluppato dei microrobot a guida magnetica per somministrare antibiotici direttamente al tessuto cardiaco infetto, evitando potenzialmente un intervento a cuore aperto.

I millirobot del gruppo, che misurano la larghezza della punta di una matita e la lunghezza di un chicco di riso, sono progettati per trattare l'endocardite, un'infezione del rivestimento interno del cuore o delle valvole cardiache che può essere difficile da curare con antibiotici per via endovenosa. Il loro lavoro è descritto in dettaglio sulla rivista Advanced Material Technologies 

Il sistema utilizza due dispositivi: un modulo ad ago che si fissa al tessuto infetto ed un modulo per il rilascio di farmaci che si aggancia magneticamente e rilascia gradualmente gli antibiotici. Un sistema esterno di bobine elettromagnetiche guida entrambi i robot in modalità wireless.

"La guida magnetica è entusiasmante perché non è necessario alimentare il robot stesso. Non ha batterie né motori", ha affermato l'autore senior Axel Krieger, esperto di robotica medica presso la Johns Hopkins University. "I farmaci possono essere somministrati in sicurezza, utilizzando tecnologie simili ai gradienti ed ai campi magnetici di una risonanza magnetica. Ma invece di essere impiegate per l'imaging, queste tecnologie azionano i microrobot."

Il modulo del farmaco può essere sostituito senza rimuovere l'ago, consentendo potenzialmente la somministrazione di dosi ripetute senza dover ripetere la procedura di aggancio.

Il trattamento dell'endocardite richiede in genere da quattro a sei settimane di antibiotici per via endovenosa, ma la somministrazione convenzionale può non riuscire a raggiungere concentrazioni sufficienti del farmaco nel sito dell'infezione. I pazienti potrebbero quindi aver bisogno di dosi più elevate o di un intervento chirurgico a cuore aperto.

I ricercatori hanno testato i robot su modelli di cuore artificiale che riproducevano l'anatomia umana e su tessuto cardiaco di maiale, dimostrando che i dispositivi erano in grado di muoversi negli ambienti di prova in presenza di un flusso sanguigno simulato.

"Possiamo semplicemente iniettare in vena un robot con una piccola pillola che viaggerà fino al punto esatto in cui dobbiamo somministrare i farmaci, e si tratta di una procedura minimamente invasiva", ha affermato il primo autore Anuruddha Bhattacharjee, ex ricercatore post-dottorato alla Johns Hopkins e ora professore assistente all'Università dell'Alabama a Birmingham.

I ricercatori ritengono che il sistema potrebbe ridurre significativamente i tempi di trattamento rispetto alla terapia antibiotica convenzionale.

"Di solito, con la terapia farmacologica endovenosa, sono necessarie dalle quattro alle sei settimane di trattamento. Ma con questi robot, l'intera procedura potrebbe richiedere dai 10 minuti al massimo un'ora, se si vogliono effettuare un paio di cicli", ha dichiarato Bhattacharjee in un comunicato. "Se tutto funziona correttamente, si passa da quattro o sei settimane di trattamento ad un giorno o meno."

Questa tecnologia potrebbe essere adattata anche per la somministrazione mirata di farmaci nel trattamento del cancro. Prima di poterne valutare il potenziale clinico, il gruppo prevede di testare i robot su modelli di cuore artificiale più realistici, che incorporino la contrazione muscolare ed il movimento di un cuore che batte.

ENGLISH

Engineers at Johns Hopkins University have developed magnetically guided millirobots to deliver antibiotics directly to infected heart tissue, potentially avoiding open-heart surgery.

The team’s millirobots – measuring the width of a pencil tip and the length of a grain of rice - are designed to treat endocarditis, an infection of the heart’s inner lining or valves that can be difficult to treat with intravenous antibiotics. Their work is detailed in Advanced Material Technologies.

The system uses two devices: a needle module that attaches to infected tissue and a drug module that docks magnetically and releases antibiotics gradually. An external electromagnetic coil system guides both robots wirelessly.

“Magnetic guidance is exciting because you don't have to power the robot itself. It doesn't carry batteries and motors,” said senior author Axel Krieger, a medical roboticist at Johns Hopkins University. “The drugs can be delivered safely, with technology like the gradients and fields in an MRI. But instead of using it for imaging, it drives the millirobots.”

The drug module can be replaced while the needle remains attached, potentially allowing repeat doses without repeating the docking procedure.

Treatment for endocarditis typically requires four to six weeks of intravenous antibiotics, but conventional delivery can fail to achieve sufficient drug concentrations at the infection site. Patients may then need higher doses or open-heart surgery.

The researchers tested the robots in artificial heart models replicating human anatomy and on pig heart tissue, demonstrating that the devices could navigate the test environments against simulated blood flow.

“We can just inject a robot with a little pill into your vein where it travels to the site, right to where we really need to deliver the drugs, and it’s minimally invasive,” said first author Anuruddha Bhattacharjee, a former Johns Hopkins postdoctoral researcher who is now an assistant professor at the University of Alabama at Birmingham.

The researchers believe the system could substantially shorten treatment times compared with conventional antibiotic therapy.

“Usually if you do IV drug treatment, you need four to six weeks of therapy. But with these robots the entire procedure might take 10 minutes - maybe an hour if you want to do a couple rounds,” Bhattacharjee said in a statement. “If everything works well, you go from four to six weeks of treatment to one day or less.”

The technology could also be adapted for targeted drug delivery in cancer treatment. Before its clinical potential can be assessed, the team plans to test the robots in more realistic artificial heart models incorporating muscle contraction and the movement of a beating heart.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/magnetic-millirobots-target-heart-infections-with-drugs?rcip=giuseppecotellessa%40libero.it&utm_campaign=Daily%20Bulletin%20-131026%20-%20Tuesday&utm_content=&utm_term=https%3A%2F%2Fwww.theengineer.co.uk%2Fcontent%2Fnews%2Fmagnetic-millirobots-target-heart-infections-with-drugs&utm_medium=email&utm_source=The%20Engineer