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I ricercatori canadesi guidati dal radiologo di Montreal Gilles Soulez hanno sviluppato un nuovo approccio per trattare i tumori del fegato utilizzando microrobot guidati da magneti in un dispositivo di risonanza magnetica.
L’idea di iniettare robot microscopici nel flusso sanguigno per guarire il corpo umano non è nuova. Non è nemmeno fantascienza.
Guidati da un campo magnetico esterno, i robot biocompatibili in miniatura, costituiti da nanoparticelle di ossido di ferro magnetizzabili, possono teoricamente fornire cure mediche in modo molto mirato.
Fino ad ora, c’è stato un ostacolo tecnico: la forza di gravità di questi microrobot supera quella della forza magnetica, il che limita la loro guida quando il tumore si trova più in alto del sito di iniezione.
Mentre il campo magnetico della risonanza magnetica è elevato, i gradienti magnetici utilizzati per la navigazione e per generare immagini di risonanza magnetica sono più deboli.
“Per risolvere questo problema, abbiamo sviluppato un algoritmo che determina la posizione in cui il corpo del paziente dovrebbe trovarsi per una risonanza magnetica clinica per sfruttare la gravità e combinarla con la forza di navigazione magnetica”, ha detto il dottor Gilles Soulez, ricercatore presso il Centro di ricerca CHUM e direttore del dipartimento di radiologia, radio-oncologia e medicina nucleare presso l’Université de Montréal.
“Questo effetto combinato rende più facile per i microrobot viaggiare verso i rami arteriosi che alimentano il tumore”, ha detto.
“Variando la direzione del campo magnetico, possiamo guidarle con precisione verso i siti da trattare e quindi preservare le cellule sane”.
Verso una maggiore precisione
Pubblicato su Science Robotics, questo proof of concept potrebbe cambiare gli approcci di radiologia interventistica utilizzati per trattare i tumori del fegato.
Il più comune di questi, il carcinoma epatocellulare, è responsabile di 700.000 decessi all’anno in tutto il mondo ed è attualmente più spesso trattato con chemioembolizzazione transarteriosa.
Questo trattamento invasivo, che richiede personale altamente qualificato, prevede la somministrazione della chemioterapia direttamente nell’arteria che alimenta il tumore epatico e il blocco dell’afflusso di sangue al tumore mediante microcateteri guidati dai raggi X.
“Il nostro approccio di navigazione a risonanza magnetica può essere fatto utilizzando un catetere impiantabile come quelli utilizzati nella chemioterapia”, ha detto Soulez.
“L’altro vantaggio è che i tumori vengono visualizzati meglio con la risonanza magnetica che con i raggi X”.
Per questo studio, Soulez e il suo team di ricerca hanno collaborato con quelli di Sylvain Martel (Polytechnique Montreal) e Urs O. Häfeli (University of British Columbia).
Il primo autore dello studio, Ning Li, è un borsista post-dottorato nel laboratorio del Dr. Soulez.
Grazie allo sviluppo di un iniettore di microrobot compatibile con la risonanza magnetica, gli scienziati sono stati in grado di assemblare “treni di particelle”, aggregati di microrobot magnetizzabili. Poiché questi hanno una forza magnetica maggiore, sono più facili da pilotare e rilevare sulle immagini fornite dal dispositivo MRI.
In questo modo, gli scienziati possono garantire non solo che il treno stia andando nella giusta direzione, ma anche che la dose di trattamento sia adeguata.
Nel corso del tempo, ogni microrobot trasporterà una parte del trattamento da somministrare, quindi è essenziale che i radiologi sappiano quanti sono.
Un buon senso dell’orientamento
“Abbiamo condotto prove su dodici maiali al fine di replicare, il più fedelmente possibile, le condizioni anatomiche del paziente”, ha detto Soulez.
«Questo si è rivelato conclusivo: i microrobot hanno navigato preferenzialmente nei rami dell’arteria epatica che erano stati presi di mira dall’algoritmo e hanno raggiunto la loro destinazione».
Il suo team si è assicurato che la posizione del tumore in diverse parti del fegato non influenzasse l’efficacia di tale approccio.
“Utilizzando un atlante anatomico del fegato umano, siamo stati in grado di simulare il pilotaggio di microrobot su 19 pazienti trattati con chemioembolizzazione transarteriosa”, ha detto.
“Avevano un totale di trenta tumori in diverse posizioni nel fegato. In oltre il 95% dei casi, la posizione del tumore era compatibile con l’algoritmo di navigazione per raggiungere il tumore bersaglio”.
Nonostante questi progressi scientifici, l’applicazione clinica di questa tecnologia è ancora lontana.
“Prima di tutto, utilizzando l’intelligenza artificiale, dobbiamo ottimizzare la navigazione in tempo reale dei microrobot rilevando la loro posizione nel fegato e anche l’insorgenza di blocchi nei rami dell’arteria epatica che alimentano il tumore”, ha detto Soulez.
Gli scienziati dovranno anche modellare il flusso sanguigno, il posizionamento del paziente e la direzione del campo magnetico utilizzando un software che simula il flusso di fluidi attraverso i vasi.
Ciò consentirà di valutare l’impatto di questi parametri sul trasporto dei microrobot al tumore bersaglio, migliorando così l’accuratezza dell’approccio.
