Grumi magnetici rotolanti

Quando alcuni globuli bianchi (i cosiddetti neutrofili) sono chiamati a intervenire contro i germi invasori, si muovono nei vasi sanguigni in un modo specifico: rotolano come una palla sospinta dal vento lungo la parete del vaso sanguigno fino al luogo d'azione. Poiché possono ancorarsi alla parete del vaso, riescono persino a muoversi contro il flusso sanguigno.

Questo comportamento dei globuli bianchi ha ispirato il ricercatore post-dottorando Daniel Ahmed del gruppo del professor Bradley Nelson dell'ETH. In laboratorio ha sviluppato un sistema innovativo con cui aggregati di particelle magnetizzate in vasi possono essere mossi in un movimento di rotolamento utilizzando un campo acustico e magnetico combinato. Lo studio corrispondente è stato recentemente pubblicato sulla rivista pagina esternaComunicazioni sulla natura è stato pubblicato.

Il campo magnetico fa ammassare le particelle

Il meccanismo di trasporto su cui si basa il dispositivo è tanto semplice quanto ingegnoso: i ricercatori collocano particelle magnetiche biocompatibili disponibili in commercio in vasi sanguigni artificiali. Quando applicano un campo magnetico circolare, le particelle formano aggregati e iniziano a ruotare intorno al proprio asse.

Quando i ricercatori applicano un campo di ultrasuoni di una certa frequenza, gli aggregati si muovono verso la parete del vaso, lungo la quale continuano a rotolare. Il rotolamento inizia quando gli aggregati hanno una dimensione minima di sei micrometri - un decimo del diametro di un capello umano.

Quando i ricercatori spengono il campo magnetico, gli aggregati si disintegrano nelle loro singole parti e si disperdono nel flusso del liquido.

Finora Ahmed ha testato questo sistema solo in canali artificiali. Tuttavia, è convinto che il metodo possa essere utilizzato anche negli organismi viventi. "L'obiettivo è quello di utilizzare questo meccanismo di trasporto per veicolare farmaci in aree del corpo molto difficili da raggiungere, ad esempio con metodi di imaging", sottolinea il ricercatore. Pensa ai tumori che sono accessibili solo attraverso sottili capillari e che potrebbero essere uccisi grazie ai microterapici rotolanti e alle sostanze attive che rilasciano.

Imaging a ultrasuoni a più alta risoluzione

L'imaging negli organismi viventi è una sfida importante per la micro e la nanorobotica. Le procedure a ultrasuoni, la risonanza magnetica (MRI) e l'imaging con particelle magnetiche (MPI) sono già comuni nella pratica clinica. Questi metodi potrebbero ora essere utilizzati anche per tracciare gli aggregati rotolanti. L'imaging con particelle magnetiche può catturare immagini 3D ad alta risoluzione in tempo reale utilizzando agenti di contrasto MRI a base di ossido di ferro, clinicamente approvati. Ahmed e i suoi colleghi sono quindi fiduciosi di poter combinare le nanomedicine con le particelle di ossido di ferro, per poter visualizzare i vasi sanguigni in tempo reale e trasportare allo stesso tempo le nanomedicine.

Anche il meccanismo di trasporto a ultrasuoni è una possibile applicazione. Le particelle magnetiche e le nanomedicine potrebbero essere incorporate in minuscole vescicole. Queste sono rivestite di polimeri e possono essere utilizzate come agente di contrasto da distribuire in aree del corpo difficili da raggiungere. Ciò potrebbe migliorare la risoluzione dell'imaging a ultrasuoni.

In questo studio, i ricercatori presentano il meccanismo di locomozione delle microsfere auto-organizzate. In seguito, vogliono studiare come si comportano i rulli magnetici in condizioni di flusso con particelle aggiuntive come globuli rossi e bianchi e se sono in grado di spostare le zolle magnetiche contro corrente. Ahmed e i suoi collaboratori vogliono anche testare il sistema in organismi viventi per la prima volta.