Viaggio allucinante nel corpo umano: le nuove frontiere della nanotecnologia al servizio della medicina
Nel 1966 Richard Fleischer dirige “Viaggio allucinante” [1], un film tratto da un racconto di Otto Klement e Jerome Bixby: è la storia incredibile di un’équipe medica che viene miniaturizzata e “iniettata” dentro il corpo di uno scienziato americano in stato di coma per eseguire un delicato intervento al cervello. Inizia così un viaggio fantastico a bordo di un micro sottomarino, alle prese con valvole cardiache, alveoli polmonari, labirintici cunicoli auricolari [2].
Il film di Fleischer trasforma in celluloide un antico sogno dell’uomo: diventare minuscolo come un virus o un battere per introdursi nel corpo umano e carpirne i segreti più nascosti. Sono passati più di 40 anni dall’uscita del film e quel sogno è già realtà, almeno in parte. Negli ultimi dieci anni, infatti, gli sviluppi della microrobotica e delle nanotecnologie hanno fatto passi da gigante.
Grazie ad una nuova ricerca condotta dall’università di Tel Aviv e pubblicata su Science, entro i prossimi tre anni sarà possibile sperimentare sull’uomo un micro sottomarino, costruito con materiali biologici, capace di “navigare” nell’organismo e distruggere le cellule malate. La nano-struttura è stata progettata per colpire solo le cellule-bersaglio, come spiega il dottor Dan Peer, responsabile della ricerca: “Questa tecnica interviene sull’origine, non sui sintomi della malattia”. Per riconoscere le cellule malate, il “sottomarino” usa un sistema simile al GPS. Nel caso di malattie come il cancro, il dispositivo colpisce specifiche cellule cancerogene, lasciando intatte quelle circostanti.
Era il 2001 quando la Given Imaging, un’azienda israeliana con sede a Haifa, mise sul mercato M2A (“from Mouth to Anus”), una video-capsula grande quanto una compressa, con una micro-telecamera e un micro-trasmettitore radio incorporati. La capsula endoscopica era stata inventata venti anni prima da un ingegnere israeliano, Gavriel Iddan, ma solo nel 2001 la FDA americana ne approvò l’uso clinico. Una volta inghiottita, la “pillola” attraversa l’apparato digerente senza provocare traumi ed è in grado di trasmettere 50.000 immagini al registratore portatile. M2A, rigorosamente monouso, è il primo di una serie di dispositivi usati per fare diagnosi non invasive all’interno del nostro apparato digerente.
Oggi questi metodi sono ormai obsoleti poiché le videocapsule si limitano a “fotografare” quello che vedono ma non è possibile controllarne il movimento dall’esterno. Le nuove frontiere della biomedica guardano invece ad un futuro, forse non troppo lontano, in cui sarà possibile inghiottire come una pillola un’équipes di micro robot, capaci di eseguire operazioni chirurgiche o fare biopsie senza lasciare cicatrici visibili.
In un interessante articolo apparso sull’Economist il 4 settembre 2008 e intitolato “Inghiotti il chirurgo”, il professor Paolo Dario, docente di robotica biomedica presso la scuola superiore Sant’Anna di Pisa, spiega quali sono gli sviluppi più recenti nel campo della microingegneria applicata alla medicina. Nel suo laboratorio di ricerca, ad esempio, un gruppo di scienziati sta mettendo a punto dei prototipi di mini robot molto simili agli insetti: minuscole zampe ricurve controllate a distanza consentono ai robot di muoversi sulle pareti dello stomaco senza scivolare.
Oggi una delle più grandi sfide della robotica è lo “spazio”, ossia la capacità di miniaturizzare dispositivi sempre più complessi in strumenti sempre più piccoli. Nelle pillole endoscopiche, ad esempio, la batteria da sola occupa fino al 60% dell’intero volume. In che modo possiamo inserire le funzioni di un’intera équipe di robot in un’unica pillola di pochi millimetri senza danneggiare l’organismo? Una risposta potrebbe venire da ARES (Assembling Reconfigurable Endolumial Surgical System), un ambizioso progetto di ricerca a cui partecipano quattro importanti istituti europei di robotica, tra cui la Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e l’Istituto Federale Svizzero di Tecnologia (ETH) di Zurigo. L’obiettivo è quello di progettare un robot “modulare”, da assemblare come i mobili IKEA. L’idea è venuta a Zoltan Nagy, uno studente dell’Istituto di Robotica e Sistemi Intelligenti dell’ETH. Il robot è in realtà costituito da una serie di “pezzi” da inghiottire l’uno dopo l’altro come se fossero semplici pillole. Una volta raggiunto lo stomaco, le varie componenti si ricompongono in un’unica struttura grazie all’azione del magnetismo.
Per ora il nuovo sistema è stato sperimentato in uno stomaco artificiale con il 75% di probabilità di successo, ma non mancano le difficoltà. Innanzitutto l’energia: le batterie funzionano con le capsule endoscopiche, ma non sono in grado di alimentare robot in movimento. Gli scienziati hanno pensato di risolvere il problema sfruttando le proprietà del magnetismo, ma, avvertono, questa tecnica non è priva di rischi perché se i campi magnetici non sono tenuti sotto controllo, il robot può andare fuori rotta causando lesioni anche gravi agli organi interni.
Gli scienziati dell’ETH - spiega l’Economist - stanno progettando di utilizzare i micro robot per eseguire interventi non invasivi sull’occhio, dove le attuali tecniche lasciano segni e incisioni. I robot potranno essere usati anche per portare i farmaci nel punto esatto dove si sviluppa il tumore. Ci sta lavorando Sylvain Martel del laboratorio di Nanorobotica del Politecnico di Montreal. Il sistema sfrutta i campi generati dalla risonanza magnetica (MRI) per trasportare i minuscoli robot lungo i vasi sanguigni.
Il problema, sottolinea Martel,è che la forza propulsiva generata dal magnetismo non è sufficiente per far avanzare particelle così piccole (di dimensioni inferiori ai 250 micrometri). Per superare l’ostacolo, gli scienziati prendono ispirazione dalla natura: James Friend, della Monash University di Melbourne, sta mettendo a punto un minuscolo motorino che “imita” il comportamento dei “flagelli”, ossia le lunghe ciglia che usano i batteri per contrastare la viscosità del sangue e spostarsi attraverso le vene e le arterie. Tutte queste tecniche, precisa l’Economist, sono ancora allo stadio embrionale e ci vorranno almeno dieci anni prima di vederle commercializzate, ma il sogno di un “viaggio allucinante” nel corpo umano sembra essere sempre più vicino.
Note:
[1] “Viaggio allucinante” (Fantastic Voyage”), regia di Richard Fleischer, con Stephen Boyd, Raquel Welch, USA 1966.
[2] Lo scrittore russo Isaac Asimov, che trasse un racconto da questo film, scrisse in seguito un secondo romanzo, “Destinazione cervello”, nel quale dà la propria versione della storia. In realtà si tratta di una vicenda del tutto diversa e parallela a quella del film, ambientata in Unione Sovietica con altri personaggi.
Link consigliati:
Tel Aviv University, “A Fantastic Voyage Brought To Life. Tel Aviv University Scientists Develop a Medical “Mini-Submarine” to Blast Diseased Cells in the Body” (18/01/2009)
http://www1.tau.ac.il/pressoffice/english/index.php/press-releases/1-press/605-180109
The Economist, “Swallow the Surgeon. Biomedicine: Tiny medical robots are being developed that could perform surgery inside patients with greater precision than existing methods”(04/09/ 2008)
http://www.economist.com/science/tq/displaystory.cfm?story_id=11999269
Veronica Rocco
