Un team di ricercatori in Cina ha sviluppato nuovi “microfibrebot” a spirale magnetica e li ha utilizzati per embolizzare l’emorragia arteriosa in un coniglio, aprendo la strada a una serie di trattamenti controllabili e meno invasivi per aneurismi e tumori cerebrali.

Quando si tenta di fermare l’emorragia negli aneurismi o di arginare il flusso di sangue ai tumori cerebrali (un processo noto come embolizzazione), i chirurghi generalmente fanno passare un catetere sottile attraverso l’arteria femorale e lo guidano attraverso i vasi sanguigni per fornire agenti embolici.

Sebbene ampiamente utilizzati, questi cateteri sono difficili da guidare attraverso reti vascolari complesse.

Nel tentativo di affrontare questa sfida, un team di ricercatori della Huazhong University of Science and Technology (HUST) ha creato minuscoli microbot magnetici e morbidi in grado di eseguire tali procedure a distanza.

I dispositivi, costituiti da una fibra magnetizzata attorcigliata a forma di elica, possono adattarsi a recipienti di diverse dimensioni e muoversi a cavatappi quando esposti a un campo magnetico esterno.

I risultati della ricerca, presentati su Science Robotics, dimostrano come i dispositivi siano stati utilizzati con successo per arginare l’emorragia arteriosa in un coniglio.

Come spiega il co-autore Jianfeng Zang, i microfibrebot sono realizzati utilizzando l’energia termica per disegnare materiali compositi morbidi magnetici in microfibre, che vengono poi “magnetizzate e modellate per dare loro polarità magnetica elicoidale”.

Controllando il campo magnetico, il robot in microfibra magnetica morbida ha dimostrato una trasformazione morfologica reversibile (allungamento o aggregazione) e una propulsione a spirale attraverso il flusso sanguigno (sia a monte che a valle).

Ciò consente di navigare attraverso sistemi vascolari complessi ed eseguire l’embolizzazione robotica nella regione sub-millimetrica.

“L’articolo mostra come abbiamo eseguito l’embolizzazione in vitro di aneurismi e tumori in un modello neurovascolare e abbiamo eseguito la navigazione robotica e l’embolizzazione in fluoroscopia in tempo reale in un modello di arteria femorale di coniglio in vivo“, afferma Zang.

“Questi esperimenti dimostrano il potenziale valore clinico di questo lavoro e aprono la strada a future opzioni chirurgiche di embolizzazione assistita da robot”.

Secondo il primo autore Xurui Liu, uno studente di dottorato presso l’HUST, ogni microfibrebot possiede una funzione di ancoraggio, simile a quella di uno stent vascolare, che gli consente di essere saldamente ancorato alla parete interna dei vasi sanguigni attraverso l’attrito di contatto per evitare di essere lavato via dal flusso sanguigno.

“La sua distribuzione della magnetizzazione elicoidale fornisce al robot in microfibra una direzione di magnetizzazione netta lungo il suo asse centrale. Applicando un campo magnetico esterno coerente con la direzione della magnetizzazione netta, il robot può essere allungato”, afferma.

“Al contrario, quando il campo magnetico esterno è opposto alla direzione della magnetizzazione netta, il robot si raccoglierà”, aggiunge.

“La morbidezza e l’elevata robustezza di questo robot in microfibra assicurano che la sua funzione di ricostruzione morfologica rimanga completamente reversibile dopo più di mille cicli di aggregazione e allungamento”.

In contrasto con i robot magnetici morbidi riportati in ricerche precedenti, Zang conferma che le caratteristiche di direzione della magnetizzazione elicoidale dei nuovi robot consentono alle loro modalità di deformazione e movimento di essere disaccoppiate ortogonalmente indipendentemente dal campo magnetico di controllo, fornendo “una flessibilità unica di controllo del campo magnetico”.

«Questa caratteristica non solo consente a un singolo robot in microfibra di muoversi ad alta velocità contro il flusso sanguigno sotto l’azione di un campo magnetico rotante, ma consente anche il controllo indipendente della forma e del movimento di più robot in microfibra», spiega Zang.

«Inoltre, questi dispositivi sono compatibili con i cateteri interventistici comunemente usati per massimizzare il loro potenziale di utilizzo in ambito clinico», aggiunge.

Di fronte alle sfide dei metodi tradizionali come l’embolizzazione basata su catetere, in particolare in termini di limiti operativi e precisione insufficiente, nonché ai rischi per la salute legati all’esposizione dei medici alle radiazioni per lunghi periodi di tempo (dal sistema di guida a raggi X), Zang sottolinea che lo sviluppo della tecnologia dei robot magnetici in microfibra fornisce ai medici un nuovo mezzo per migliorare i trattamenti esistenti.

“Lo sviluppo di microfibrebot fornisce una nuova prospettiva per il trattamento dell’embolizzazione vascolare e mostra il potenziale di applicazione nella tecnologia di trattamento chirurgico minimamente invasivo. Questa tecnologia fornisce un complemento o un’alternativa efficace alla tradizionale tecnologia di embolizzazione transcatetere controllando con precisione l’occlusione del flusso sanguigno”, afferma.

Zang osserva che, sebbene questa tecnologia mostri un potenziale, ci sono ancora sfide da superare prima della sua applicazione clinica.

Queste includono l’ottimizzazione strutturale dei microfibrebot, l’aumento della biocompatibilità dei materiali e lo sviluppo di sistemi di posizionamento e tracciamento dei vasi sanguigni.

«Il team di ricerca sta lavorando per affrontare questi problemi chiave per far progredire l’applicazione della tecnologia», aggiunge.