Modellare il futuro della biomedicina con sciami di nanobot intelligenti
È possibile far muovere i nanobot collettivamente come gli stormi di uccelli e i banchi di pesci? Replicare la complessità del movimento e del comportamento cooperativo dei sistemi in natura non è un’impresa da poco, ma il progetto i-NANOSWARMS ha accettato la sfida. Il progetto sta sviluppando sciami di nanobot intelligenti alimentati da enzimi, in grado di spingersi utilizzando carburanti biocompatibili e biodisponibili, nonché di cooperare, comunicare e interagire tra loro e con l’ambiente circostante. Sin dal suo lancio nel 2020, i ricercatori di i-NANOSWARMS hanno lavorato su come progettare questi complessi sistemi a sciame. Hanno esplorato come farli muovere in 3D e come usare le reazioni di comunicazione per guidarli in luoghi specifici, come avviene in natura con un processo chiamato «chemiotassi». «Una volta raggiunto questo obiettivo, si possono immaginare applicazioni pratiche in biomedicina», afferma il responsabile del progetto Samuel Sánchez, un professore di ricerca di ICREA ospitato dall’Istituto di Bioingegneria della Catalogna (IBEC), che coordina i-NANOSWARMS.
Risultati principali
Finora, il team del progetto è riuscito a progettare il movimento collettivo di nanomotori che si muovono in 3D, imitando la bioconvezione. In termini di applicazioni biomediche, gli sciami di nanobot sono in grado di interagire con mezzi complessi come il muco e il liquido sinoviale - un liquido denso che si trova tra le nostre articolazioni - per migliorare il trasporto di piccole molecole. I ricercatori di i-NANOSWARMS hanno anche introdotto il concetto di stigmergia nel loro lavoro. Si tratta di un meccanismo attraverso il quale formiche e termiti comunicano rilasciando segnali chimici che vengono recepiti dalle formiche e dalle termiti che le seguono. «In questo progetto abbiamo utilizzato “truppe” che lavorano insieme, dove la prima truppa modifica un mezzo complesso ad alta viscosità e poi una seconda truppa segue questo percorso generato chimicamente-fisicamente per trasportare in modo efficiente il principio attivo», spiega l’autore. Tuttavia, probabilmente il lavoro di maggior impatto svolto finora nell’ambito di i-NANOSWARMS è la ricerca condotta utilizzando il comportamento di sciamatura dei nanomotori alimentati da ureasi per il cancro alla vescica. I notevoli risultati ottenuti in quest’area hanno reso il team del progetto un leader nel settore. «Per esempio, siamo stati i primi a impiegare il monitoraggio in vivo utilizzando tecniche di imaging medico su sciami di questi nanobot», osserva il ricercatore. «In seguito, abbiamo ottenuto un’impressionante riduzione dei tumori della vescica nei topi utilizzando la terapia con radionuclidi e l’immunoterapia». Il prossimo obiettivo di i-NANOSWARMS (Cooperative Intelligence in Swarms of Enzyme-Nanobots) è passare dai nanomotori inorganici utilizzati finora ai motori organici e degradabili approvati dall’Agenzia europea per i medicinali e dalla Food and Drug Administration statunitense. Ulteriori ricerche saranno condotte sulla comunicazione dei nanorobot, che prevede reazioni a cascata per guidarli, chemiotassi e altre strategie di guida. L’équipe studierà anche diverse tecniche di imaging in vivo. Ad oggi, altri due progetti del Consiglio europeo della ricerca sono nati da i-NANOSWARMS: OrthoBots e MucOncoBots. Anche le due nuove sovvenzioni per la prova di concetto sono coordinate da IBEC. Se sei interessato a far apparire il tuo progetto finanziato dall’UE come «Progetto del mese», inviaci un’e-mail a editorial@cordis.europa.eu e spiegaci il perché!