Minúsculos robôs e veículos nanométricos que podem navegar através dos vasos sanguíneos para chegar ao local de uma doença podem ser usados ​​para entregar medicamentos a tumores que de outra forma seriam difíceis de tratar.

Uma vez injetado ou engolido, a maioria das drogas depende do movimento dos fluidos corporais para encontrar seu caminho pelo corpo. Isso significa que alguns tipos de doenças podem ser difíceis de tratar com eficácia dessa forma.

Um tipo agressivo de tumor cerebral conhecido como glioblastoma, por exemplo, mata centenas de milhares de pessoas por ano. Mas porque ele produz projeções semelhantes a dedos no tecido cerebral de um paciente que danificam os vasos sanguíneos ao seu redor, é difícil para os medicamentos chegarem ao local do tumor.

"Se você injetar partículas no corpo, eles seguirão o sangue, "disse o professor Daniel Ahmed, que atualmente lidera o Laboratório de Sistemas de Robótica Acústica da ETH Zurique, na Suíça.

Em vez de, os cientistas estão se voltando para nanodispositivos - minúsculos robôs e veículos - para distribuir drogas pelo corpo de uma forma controlável. Mas primeiro, eles têm que descobrir como conduzi-los.

As nanopartículas são "10 vezes menores do que os glóbulos vermelhos, e se você usar partículas passivas, não há como controlá-los, "diz o Prof. Ahmed.

Para superar isso, ele e seus colegas no projeto SONOBOTS estão usando ultrassom para manipular nanodispositivos que carregam drogas que matam o câncer. A tecnologia de ultrassom é normalmente usada por médicos em imagens médicas devido à forma como as ondas sonoras de alta frequência refletem em diferentes partes do corpo, que pode ser usado para criar uma imagem.

O Prof. Ahmed e seus colegas cientistas mostraram, Contudo, que eles podem guiar uma bolha de ar dentro de um invólucro de polímero e um produto químico de imagem - permitindo que seja visto - usando ultrassom. Eles chamam esses veículos minúsculos de nano nadadores por causa de sua capacidade de se mover para a frente através de um líquido. As ondas sonoras empurram grupos desses nano nadadores em direção às paredes do navio. Esta força, Contudo, não é forte o suficiente para afetar o movimento dos glóbulos vermelhos no sangue. O prof. Ahmed diz que se inspirou na maneira como os espermatozoides viajam:eles grudam nas paredes fixas da vagina e os usam para guiar seu movimento para frente. "Nós movemos (os nano nadadores) para a parede e os manipulamos, ", disse ele. Isso torna mais fácil orientar os nano nadadores na direção certa através de um vaso sanguíneo, pois eles podem seguir as paredes.

Nanoswimmers

Essa capacidade de controlar com precisão os nano nadadores é necessária se os cientistas querem transformar seus nano-veículos portadores de drogas em glioblastomas, qual é o objetivo final. O vazamento de vasos sanguíneos ao redor desses tumores significa que os nano nadadores terão que ser cuidadosamente navegados até as células cancerosas. Mas uma vez lá, os pesquisadores podem sacudir acusticamente o nadador para que ele libere a carga útil do medicamento no tumor.

Até aqui, os cientistas conseguiram manipular e rastrear seus nano nadadores em embriões de peixe-zebra, mas o Prof. Ahmed disse que eles estão ansiosos para testar sua tecnologia em ratos. "O peixe-zebra tem um cérebro minúsculo, mas sua barreira hematoencefálica não está madura. Precisamos passar para os ratos para entender a vasculatura com vazamento. "

Embora existam vários mecanismos de propulsão que poderiam ser usados ​​para guiar os nanoveículos portadores de drogas, como produtos químicos, Campos magnéticos, ou luz, ultrassom é atraente por uma série de razões, disse o Prof. Ahmed. As ondas de ultra-som podem penetrar profundamente no corpo, mas têm se mostrado seguras. É usado rotineiramente para detectar batimentos cardíacos fetais em mulheres grávidas, por exemplo. A tecnologia também é relativamente barata e também pode ser encontrada na maioria dos hospitais e clínicas.

A distribuição precisa de medicamentos em locais específicos do corpo pode ajudar a combater outros problemas comuns, mas doenças mortais.

Professor Salvador Pané e Professor Josep Puigmartí-Luis, pesquisadores do projeto ANGIE, Esperamos que a administração direcionada de medicamentos permita aos médicos tratar um número maior de pacientes com AVC de forma mais eficaz. AVC isquêmico, que ocorrem quando os coágulos sanguíneos cortam o fluxo de sangue no cérebro, são uma das principais causas de morte na União Europeia, com mais de 1,1 milhão de pessoas sofrendo acidentes vasculares cerebrais a cada ano.

Golpe

A principal forma de tratamento para pacientes que chegam ao hospital após um derrame é com medicamentos anti-coágulos, mas são administrados como uma injeção e percorrem o corpo antes de chegar ao cérebro. Essas drogas também têm muitos efeitos colaterais, variando de náuseas e pressão arterial baixa a sangramento no cérebro, e nem todos são capazes de tomá-los.

Se os tratamentos pudessem ser direcionados ao local em uma veia ou artéria onde está ocorrendo um coágulo, eles poderiam ser eliminados com muito mais eficácia.

"Se concentrarmos a quantidade necessária no coágulo, vamos reduzir drasticamente esses efeitos colaterais e seremos capazes de tratar mais pacientes e reduzir os efeitos colaterais, "disse o Prof. Pané, co-diretor do Multi-Scale Robotics Lab na ETH Zurich e chefe de seu laboratório de química.

Em ANGIE, os pesquisadores estão criando minúsculos nanorrobôs que podem fazer exatamente isso e entregar a droga diretamente no coágulo.

Ao contrário dos nano nadadores em SONOBOTs, os nanorrobôs que estão sendo desenvolvidos no ANGIE são mais sofisticados em termos de como podem ser controlados.

"Os mecanismos convencionais para nadar não funcionam em nanoescala - se você tentar fazer crawl (natação) e implementá-lo em nanoescala, isso não vai funcionar, ", disse ele. Para superar isso a equipe está usando campos magnéticos para controlar as nano estruturas, que contêm partículas magnéticas ou filmes.

O Prof. Pané os comparou a um braço robótico em uma linha de montagem industrial. Enquanto os robôs industriais usam um braço controlado por computador para mover uma garra na extremidade ao redor, no caso dos nanorrobôs ANGIE, o 'braço' é o campo magnético que move os nanorrobôs magnéticos. Os nanorrobôs são feitos de minúsculas estruturas compostas de polímero biodegradáveis ​​à base de ferro. Alterar a forma e a composição dessas estruturas pode alterar a forma como são controladas.

Quando o nanorrobô atinge seu alvo - um coágulo no cérebro, no caso de pacientes com derrame - ele então interage com o coágulo para entregar sua carga de droga. Tomado em sua totalidade, O ANGIE pode ser considerado um sistema robótico devido ao nível de controle que o campo magnético permite, de acordo com os pesquisadores.

Robôs

"Eles realmente são robôs - você é capaz de controlá-los, acelerar, Pare, mova-os em todas as três direções, "disse o Prof. Puigmartí-Luis, um químico na Universidade de Barcelona, ​​na Espanha. Em princípio, eles podem rolar, saca rolhas, e cair.

Ainda no primeiro ano, a equipe de pesquisa ANGIE está atualmente desenvolvendo o sistema eletromagnético, que compreende os nanorrobôs e a infraestrutura necessária para controlar esses dispositivos. Para confirmar que sua tecnologia funciona, eles vão imprimir em 3D um sistema vascular humano com base em dados reais, e mapear o caminho ideal para seus nanorrobôs chegarem a um coágulo, Prof. Puigmartí-Luis diz.

Mas se for bem sucedido, usando tais nanorrobôs para entregar drogas a coágulos em pacientes com derrame, por exemplo, poderia ser alcançado com o equipamento existente em muitos hospitais importantes. “Os campos magnéticos já são usados ​​em hospitais para ressonância magnética, "acrescentou o Prof. Pané.

Embora seu objetivo atual seja encontrar coágulos causadores de derrame, a tecnologia pode ser aplicada a muitas outras doenças, diz o Prof. Pané. Mas eles precisam mostrar que sua tecnologia funciona antes que possam testá-la em pessoas.

Os nanodispositivos oferecem uma forma promissora de direcionar o tratamento de doenças, e algo que o Prof. Ahmed da SONOBOTS acha que será uma realidade em um futuro não muito distante.

"Inicialmente, quando falamos com médicos sobre as ideias, eles pensaram que era ficção científica demais, "mas à medida que os dados do estudo aumentam, eles estão voltando, ele disse.