Microrobot bioibridi, staminali e spine dorsali riparate

Ci sono dei momenti nella storia della ricerca medica in cui qualcosa dal sapore

fantascientifico diventa improvvisamente reale. Forse sta per capitare di nuovo.

L’11 gennaio 1922 il quattordicenne Leonard Thompson si trovava sdraiato in un corridoio del Toronto General Hospital. Afflitto da diabete di tipo 1, la prognosi era semplicemente la morte, fino a quel momento non esisteva alcuna cura. Quel giorno però succede qualcosa di diverso: Frederick Grant Banting e Charles Herbert Best si avvicinano al letto di Leonard e gli fanno un'iniezione*. Il giovane sembra riprendersi quasi per miracolo: si tratta della prima applicazione pratica dell’insulina. Qualcosa che fino a quel momento era considerato intrattabile, una condanna definitiva, diventa improvvisamente curabile.

Lo scorso 2 giugno un gruppo di ricercatori dell'ETH e dell'Università di Zurigo ha pubblicato uno studio in cui, con l’impiego di microrobot bioibridi, gli scienziati sono riusciti ad indurre la riparazione della spina dorsale danneggiata di un pesce zebra. Il risultato è stato replicato anche su alcuni topi il cui midollo spinale risultava completamente reciso. Dopo 28 giorni, le cellule nervose degli animali si erano riconnesse nel sito della lesione e gli animali avevano ricominciato a muoversi normalmente. Fino ad oggi le lesioni spinali sono state considerate incurabili, una condanna senza scampo, ma qualcosa potrebbe presto cambiare.

Cos’è un microrobot bioibrido?

Fenomenali poteri cosmici in un minuscolo spazio vitale

Per combattere il diabete gli scienziati hanno dovuto imparare a raffinare l’insulina prodotta dal pancreas di diversi animali (prima di arrivare alle moderne soluzioni mediche). Per riuscire a riparare una lesione spinale, gli autori dello studio hanno messo a punto dei “robot“ ibridi di qualche micrometro in grado di localizzarsi nella zona da riparare della spina dorsale e indurre cellule progenitrici neurali (derivate da cellule staminali pluripotenti indotte) a differenziarsi in cellule nervose.

Ma andiamo con ordine: parlando della parte “robotica”, in questo caso, intendiamo nanoparticelle magnetoelettriche composte da due strati: quello interno è composto da un materiale sensibile ai campi magnetici, quello esterno li converte in segnali elettrici di risposta. La parte magnetica è importante perché rende “pilotabili” questi robot, che possono essere guidati da magneti nel luogo preciso in cui devono agire. Quella elettrica stimola la differenziazione delle cellule progenitrici in cellule nervose.

Queste caratteristiche comportano un vantaggio terapeutico molto importante visto che rendono il trattamento minimamente invasivo. Gli scienziati sottolineano però che occorrono ancora degli studi per valutare come queste particelle vengono eliminate dall’organismo, nonostante si aspettino che il materiale sia biocompatibile e non tossico per i tessuti

biologici.

Un centimetro quadrato di laboratorio

I ricercatori hanno messo a punto un laboratorio in uno spazio di appena un centimetro quadrato, quello che gli addetti ai lavori chiamerebbero Lab-on-a-chip, capace di riprodurre iprocessi tipici di un laboratorio chimico o biologico in scala ridottissima. «Posizioniamo un serbatoio al centro dove intrappolare le cellule. Poi iniettiamo le nanoparticelle e aspettiamo che i due componenti si leghino», spiega il Professor Salvador Pané i Vidal del Multi-Scale Robotics Lab dell'ETH di Zurigo.

E se il processo deve essere velocizzato si procede semplicemente facendo lavorare in parallelo diversi sistemi lab-on-a-chip: una soluzione spesso necessaria se si considera che servono centinaia di migliaia di nanobot per studi a livello cellulare. Il numero sale nell’ordine dei milioni per gli esperimenti sugli animali.

Il prestigio

Veniamo alla parte succosa dello studio, i risultati: i ricercatori sono riusciti ad indurre una riparazione del midollo spinale in soli 3 giorni nelle larve di pesce zebra impiegate in laboratorio. Perché scegliere questo animale? Oltre ad essere ampiamente studiato in ambito medico/biologico, nel suo stadio larvale la sua pelle è trasparente, rendendo possibile per i ricercatori monitorare in tempo reale il lavoro dei bot nella ricostruzione del midollo. Altro dettaglio non indifferente: i pesci zebra hanno la naturale capacità di riparare la propria spina dorsale, una proprietà ampiamente studiata che rende ancora più facile valutare gli effetti di questa nuova terapia.

«Stephan Neuhauss e Jingjing Zang dell'Università di Zurigo hanno svolto un lavoro di straordinario valore. Ci hanno permesso di dimostrare, in un sistema modello rigenerativo ben caratterizzato, quanto rapidamente le cellule si differenzino con il nostro metodo e come i nostri bot riparino il midollo spinale.» Lo sottolinea il Professor Pané i Vidal del Multi-Scale Robotics Lab all'ETH di Zurigo.

Una volta terminato l’esperimento sui pesci zebra i ricercatori hanno deciso di impiegare dei topi con midollo spinale completamente reciso. Il risultato è stato nuovamente sorprendente: dopo 28 giorni le cellule nervose di questi animali risultavano nuovamente riconnesse nel sito della lesione. Gli scienziati hanno osservato parametri come l'andatura, la lunghezza del passo, la coordinazione e il comportamento esplorativo, notando un significativo miglioramento. Va sottolineato quanto questo risultato sia ancora più interessante di quello registrato nei pesci: i topi non hanno, a differenza del pesce zebra, la naturale capacità di

rigenerare il proprio midollo.

Future applicazioni

I ricercatori concludono: «Oltre a molti aspetti clinici, dobbiamo prima testare quali campi magnetici funzionino meglio nell'uomo e determinare la durata ottimale della stimolazione», una parafrasi del classico “saranno necessarie ulteriori ricerche”. Ma gli scienziati hanno già lo sguardo rivolto al futuro: «La produzione riproducibile e scalabile di microrobot tramite il nostro sistema lab-on-a-chip - aggiunge il Professor Pané i Vidal - dimostra che il potenziale applicativo della piattaforma va ben oltre la ricerca di base», trovando applicazioni in cardiologia, oncologia, cicatrizzazione delle ferite e altre terapie rigenerative mirate.

*Qui la storia della prima iniezione di insulina è leggermente romanzata, tecnicamente quella che fu effettivamente la prima iniezione di insulina non andò benissimo, il campione non erapuro a sufficienza e il ragazzo ebbe una reazione allergica. Dopo aver purificato il nuovo farmaco, alla seconda iniezione, l’effetto fu comunque considerato miracoloso. Fonte: https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2026/06/microrobots-repair-spinal-cord.html