Micro robot intestinali potrebbero rilevare le avvisaglie del cancro al colon
Come riporta Digestive Cancers Europe, il tumore del colon-retto è il secondo tumore più letale, i cui tassi di sopravvivenza variano tra i Paesi europei, a causa della diversità degli approcci sanitari nazionali e delle strategie terapeutiche locali. Sebbene la diagnosi oncologica precoce possa migliorare significativamente gli esiti per i pazienti, gran parte dei casi è individuata in fase tardiva. Se un maggior numero di pazienti ricevesse una diagnosi precoce (dall’attuale 13 % al 50 %), si potrebbero salvare 130 000 vite in più ogni anno e risparmiare oltre 3 miliardi di euro di costi correlati. Per facilitare la diagnosi precoce, OMEGA, un progetto finanziato dall’UE, sta lavorando allo sviluppo di un nuovo metodo di interpretazione dei dati potenzialmente salvavita, raccolti da micro robot dinamici che attraversano l’intestino. «Stiamo ancora sperimentando i prototipi in un ambiente di laboratorio ex vivo. OMEGA è dedicato allo sviluppo di nuove tecniche numeriche per interpretare i dati», spiega Yang Liu, professore associato di dinamica e controllo presso l’Università di Exeter nel Regno Unito.
Analisi della risposta dinamica dei micro robot nell’intestino
Il robot contiene un magnete che può essere fatto vibrare in un campo elettromagnetico alternato, generato da una bobina esterna al corpo del paziente. In tal modo il personale medico può dirigere il robot a distanza, spostandolo dal retto del paziente fino al cieco per svolgere l’esame. Durante il passaggio attraverso le mucose dell’intestino inferiore, i movimenti del robot si alterano in presenza di lesioni, che causano resistenza. Il dispositivo è guidato dalle sue vibrazioni, il cui schema cambia quando incontra un elemento diverso come una lesione. Evidenziando anche le lesioni più piccole, il robot può avvisare gli operatori sanitari dei primi segni di anomalia cellulare. Yang si è occupato di addestrare l’intelligenza artificiale per riconoscere le cause dei movimenti del robot. «Quando attraversa la mucosa normale e quella anomala produce risposte dinamiche totalmente diverse. Per raccogliere i dati abbiamo usato sensori di spostamento e accelerazione, poi abbiamo sviluppato tecniche numeriche per identificare tali differenze e prevedere quale tipo di lesione (maligna o benigna) il robot potrebbe attraversare», spiega Yang. «Le modifiche nel suo comportamento possono essere interpretate come un cambiamento nello schema riscontrato. Ad esempio, la risposta dinamica può essere 010101... durante l’attraversamento di una mucosa liscia, e trasformarsi in 011011... in presenza di una lesione. Il sistema che stiamo progettando riconoscerebbe il cambiamento e potrebbe prevederne la causa», aggiunge.
Progettazione di micro robot per la diagnosi precoce del tumore del colon-retto
Il progetto ha stabilito che esistono risposte riconoscibili alle anomalie e che queste ultime possono, in una certa misura, essere classificate. Il risultato è stato illustrato in diversi articoli come «Dynamics of a self-propelled capsule robot in contact with different folds in the small intestine» (dinamica del robot a capsula ad autopropulsione in contatto con pieghe differenti nell’intestino tenue) pubblicato in «Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation», e doi.org/10.1016/j.jsv.2024.118270 («Nonlinear characteristics identification of an impact oscillator with a one-sided elastic constraint») (identificazione delle caratteristiche non lineari di un oscillatore a impatto con un vincolo elastico unilaterale), pubblicato in «Journal of Sound and Vibration». Attualmente il gruppo di ricerca sta sviluppando un prototipo integrato di questo robot vibrazionale per rilevare polipi del colon e il tumore del colon-retto ai primi stadi, con il supporto finanziario del Medical Research Council del Regno Unito. «Sono molto felice del cammino percorso finora, facilitato grazie al sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie. Le potenzialità dei robot per la diagnosi precoce sono entusiasmanti. Abbiamo definito tecniche numeriche per interpretare il comportamento di un robot: ora dobbiamo attuarle nel contesto reale», afferma Yang.
Parole chiave
OMEGA, tumore del colon-retto, diagnosi precoce, micro robot, IA, mucose, intestino tenue, polipi del colon