Bioinformatica

Gli scienziati dell'EPFL e dell'ETH di Zurigo hanno sviluppato minuscoli robots elastici che possono cambiare forma a seconda dell'ambiente circostante. Modellati su batteri e completamente biocompatibili, questi robots ottimizzano i loro movimenti in modo da raggiungere aree del corpo umano difficili da raggiungere. Stanno per rivoluzionare la consegna mirata di farmaci all'interno di un corpo umano.

Grazie a ricerche condotte presso l'EPFL e l'ETH di Zurigo, un giorno potremmo essere in grado di ingerire piccoli robot che distribuiscono dosi farmacologiche direttamente sul tessuto malato.

Il gruppo di scienziati, guidato dal professor Selman Sakar (1) del EPFL e dal professor Bradley J. Nelson (2) del ETH di Zurigo, si è ispirato ai batteri per progettare microrobots intelligenti e biocompatibili altamente flessibili. Poiché questi dispositivi sono in grado di nuotare attraverso i fluidi e modificare la loro forma quando necessario, possono passare attraverso stretti vasi sanguigni e sistemi complessi senza compromettere la velocità o la manovrabilità. Sono fatti di nanocompositi di idrogel contenenti nanoparticelle magnetiche che consentono loro di essere controllati tramite un campo elettromagnetico.

Un nuovo neurostimolatore sviluppato dagli ingegneri dell'UC Berkeley può percepire e stimolare la corrente elettrica nel cervello allo stesso tempo, offrendo trattamenti mirati ai pazienti con malattie come l'epilessia e il Parkinson.

Il dispositivo, chiamato WAND, funziona come un “pacemaker per il cervello”, controlla l'attività elettrica del cervello fornendo una stimolazione elettrica nel momento in cui rileva qualcosa di anomalo.

Questi dispositivi possono essere estremamente efficaci per prevenire tremori o convulsioni debilitanti in pazienti con una varietà di condizioni neurologiche. Gli impulsi elettrici che precedono un attacco o un tremore possono essere estremamente deboli. Per prevenire questi disturbi neurologici la frequenza e la forza della stimolazione elettrica richieste devono essere particolarmente mirate.

I precedenti dispositivi offrivano un trattamento ottimale solo dopo anni di piccoli aggiustamenti da parte dei medici. 'WAND' (Wireless Artifact-free Neuromodulation Device) è un dispositivo wireless autonomo: nel momento in cui riconosce i segni del tremore o delle convulsioni, ha la capacità di regolare autonomamente i parametri di stimolazione che inibiscono i movimenti indesiderati. Questo dispositivo a circuito chiuso può stimolare e registrare simultaneamente, ma anche regolare i parametri in tempo reale. 'WAND' può registrare l'attività elettrica su 128 canali o da 128 punti nel cervello. Un coefficiente molto elevato se si considera che i tradizionali sistemi a circuito chiuso si basano su otto canali. Per dimostrare il dispositivo, il team ha utilizzato 'WAND' per riconoscere e ritardare i movimenti specifici del braccio nei macachi Rhesus. Il dispositivo è descritto in uno studio apparso in Nature Biomedical Engineering.(1)

La dottoressa Rikky Muller,(2) una assistente professoressa di ingegneria elettronica e scienze informatiche a Berkeley spiega: “Il processo per trovare la giusta terapia di un paziente è estremamente costoso e può richiedere anni. Una significativa riduzione dei costi e della durata può potenzialmente portare a risultati e accessibilità notevolmente migliorati. Vogliamo consentire al dispositivo di capire qual è il modo migliore per stimolare un dato paziente a dare i migliori risultati. E puoi farlo solo ascoltando e registrando i segnali neurali.”

Grazie alle dimensioni e all'adattabilità del microrobot, sarà possibile somministrare farmaci in una zona specifica del corpo o eseguire mirate diagnosi mediche.

Un piccolo robot ispirato a un millepiedi, in grado di trasportare carichi pesanti, è stato sviluppato da un team di scienziati dell'Università di Hong Kong. Per i ricercatori questo rappresenterà un nuovo modo di somministrare farmaci all'interno del corpo umano. Progettati anche per adattarsi agli ambienti avversi, questi nuovi robot potrebbero diventare un'innovazione per la medicina.

Le piccole gambe del robot avranno la capacità di ridurre l'attrito durante lo spostamento conferendogli un movimento efficiente in tutte le superfici e in sostanze come il sangue e il muco. La relazione tra le gambe è stata studiata nei minimi particolari: gli esperti desideravano creare un dispositivo che non avesse grossi problemi di movimento all'interno del corpo umano.

“La maggior parte degli animali ha un rapporto gamba-gamba di 2:1 a 1:1. Abbiamo deciso di creare il nostro robot utilizzando un rapporto 1:1”, ha detto uno degli autori della ricerca, il dottor Shen Yajing,(1) assistente professore dell'università di Hong Kong.

Lo spessore del robot è di 0,15 millimetri, mentre ogni gamba - che ha una forma conica - misura 0,65 millimetri di lunghezza. Lo spazio tra ogni gamba è di 0,6 millimetri. Il corpo del robot è costituito da un materiale in silicone chiamato Polidimetilsiloxano a cui sono state inserite particelle magnetiche che consentono di controllare a distanza la forza elettromagnetica.