Nanorobot a base biologica nella lotta contro il cancro

Secondo i dati del Organizzazione mondiale della SanitàIl cancro è la seconda causa di morte in tutto il mondo, con tasso di mortalità superiore al 50%. La sua entità è tale che, se non si prendono in considerazione strategie alternative, si prevede che la diagnosi di nuovi casi annuali in Europa aumenterà dagli attuali 3,5 milioni a oltre 4,3 milioni nel 2035.

Le cure abituali per combattere questa malattia si basano sulla combinazione di chirurgia, con la quale è possibile eliminare la maggior parte del tumore, e radio e chemioterapia, utilizzate per attaccare le cellule tumorali che persistono nel tessuto tumorale. Queste terapie hanno effetti collaterali che spesso danneggiano la vita dei pazienti. È quindi necessario esplorare nuovi modi di combattere il cancro, che molto spesso comportano l'uso di nanotecnologia.

È qui che si apre la porta dell'immaginazione. Le trame dei film di fantascienza più folli possono servire da ispirazione per lo sviluppo di nuove strategie per la diagnosi e la cura delle malattie. Negli anni '60 il film "Amazing Voyage" raccontava la storia di un equipaggio multidisciplinare che si imbarca su un sottomarino micrometrico per salvare il protagonista dall'ematoma cerebrale che lo tiene in coma. Ma è solo fantascienza?

Se non verranno sviluppate strategie alternative, i casi annuali di cancro in Europa dovrebbero essere di circa 4,3 milioni nel 2035

Negli ultimi anni quella che poteva sembrare una fantasia si è avverata. Il uso dei nanorobot in medicina ha attirato l'attenzione della comunità scientifica e sempre più persone stanno concentrando le loro ricerche in questo settore. La domanda è: quali caratteristiche deve avere un nanorobot per essere l'agente perfetto nelle terapie antitumorali? Generalmente, deve essere in grado di spingersi, reagire all'ambiente locale, essere rilevabile, produrre e trasportare farmaci e localizzare i tumori. Per soddisfare queste esigenze, negli ultimi anni, sono state proposte diverse tipologie di nanorobot. Sfortunatamente, i candidati convenzionali hanno alcune limitazioni, essere Uno dei suoi principali svantaggi è la necessità di utilizzare carburanti per la sua propulsione. Questo, oltre ad essere di per sé uno svantaggio, porta alla generazione di rifiuti indesiderati.

Una corrente alternata che sta guadagnando popolarità è la l'uso di entità biologiche, come batteri, con capacità di navigazione innate e interazione con cellule e tessuti viventi. Negli ultimi anni il Amministrazione alimentare e farmaceutica (FDA) ha approvato studi clinici con diverse specie batteriche che mostrano risultati promettenti nell'eliminazione dei tumori. Inoltre, esiste attualmente una procedura medica consolidata basata sull'uso della specie Bacille Calmette-Guérin (BCG) per il trattamento del cancro alla vescica. Tuttavia, uno dei principali limiti in questa occasione si presenta con la difficoltà di orientare e rilevare i batteri una volta che sono stati introdotti nel corpo umano. In questo senso, alcuni batteri avvantaggiati presentano il meglio di entrambi i mondi: batteri magnetotattici.

Batteri con una bussola naturale

I batteri magnetotattici sono un gruppo molto diversificato di microrganismi acquatici in grado di sintetizzarsi naturalmente all'interno di una catena di nanoparticelle magnetiche, chiamate magnetosomi. Questa catena svolge il ruolo di bussola che permette ai batteri di orientarsi nel campo magnetico terrestre mentre nuotano attivamente, grazie alla presenza di uno o più flagelli, facilitando la loro ricerca di nutrienti.

Allo stesso tempo, sono esseri microanaerobici con elementi sensoriali che li guidano in aree con bassa concentrazione di ossigeno. Per tutto ciò che, mostrano un potenziale senza pari per l'uso come bionarobot (nanobioti) poiché è possibile guidarli e manipolarli applicando campi magnetici esterni mentre hanno un'attrazione naturale verso le aree ipossiche, come le regioni tumorali dovute alla mancanza di afflusso di sangue. Inoltre, possono essere utilizzati per la diagnosi e il trattamento del cancro.

Come agenti terapeutici, il grande vantaggio dei batteri magnetotattici è il loro potenziale nei trattamenti di ipertermia magnetica.

Per la diagnosi, la catena dei magnetosomi Agisce come mezzo di contrasto magnetico naturale per localizzare i tumori mediante risonanza magnetica utilizzando i dispositivi già disponibili nei nostri ospedali. Come agenti terapeutici, il grande vantaggio dei batteri magnetotattici è il loro potenziale nei trattamenti di ipertermia magnetica, una tecnica utilizzata per combattere il cancro che è stata approvata in Europa nel 2011 come misura complementare alla chemioterapia e alla radioterapia per il trattamento dei tumori cerebrali.

L'ipertermia magnetica si basa sull'aumento locale della temperatura fino a 42°C esclusivamente nell'area tumorale, indebolendo le cellule tumorali senza intaccare il tessuto sano. Questo aumento di temperatura si ottiene indirizzando questi batteri verso l'area del tumore e sottoponendoli a un campo magnetico alternato esterno, che produce una dissipazione del calore caratteristica delle nanoparticelle magnetiche (come i magnetosomi).

Infine, affinché il trattamento sia più efficace, i batteri magnetotattici sono facili da funzionalizzare con ligandi e farmaci specifici delle cellule bersaglio comunemente usato nel trattamento del cancro. Ciò significa che i batteri si legherebbero specificamente al tumore, rilasciando i farmaci solo nell'area interessata. Ciò consentirebbe di ottenere un trattamento più specifico e quindi efficace del tumore, minimizzando i danni collaterali alle cellule sane.

Dal gruppo Magnetism and Magnetic Materials lavoriamo mescolando microbiologia e fisica per lo studio dell'MTB e la loro applicazione come nanobiota nel trattamento del cancro. La natura multidisciplinare del gruppo di ricerca, come se fosse l'equipaggio del sottomarino, consente sia di studiare e ottimizzare le caratteristiche fondamentali di diverse specie di batteri magnetotattici sia di effettuare studi in vitro con diversi ceppi di cellule tumorali.

Lucía Gandarias, è ricercatrice in formazione presso il Dipartimento di Immunologia, Microbiologia e Parassitologia, Università dei Paesi Baschi / Euskal Herriko Unibertsitatea e Lourdes Marcano, è ricercatrice post-dottorato all'interno del Magentism and Magnetic Materials Group (GMMM), Università dei Paesi Baschi Paese / Euskal Herriko Unibertsitatea. Questo articolo è originariamente apparso su The Conversation. Leggi l'originale.