Microrobot iniettabili per riparare le lesioni al ginocchio?


    Un gruppo di scienziati coreani propone nuovi modi per trattare la cartilagine danneggiata delle ginocchia.

    La cartilagine delle ginocchia può danneggiarsi facilmente a causa di traumi dovuti alle attività sportive e a causa dell'usura dei tessuti dovuta all’invecchiamento.

     

    Alcuni ricercatori coreani hanno inventato un microbot magnetico che è in grado di far arrivare le cellule staminali direttamente nell'area della cartilagine danneggiata delle ginocchia, una scoperta che potrebbe condurre a trattamenti in grado di prevenire l’insorgenza dell'osteoartrite (OA), una patologia debilitante.

     

    Il dispositivo è stato testato sugli animali, ma gli scienziati, guidati dal dott. Eunpyo Choi (ricercatore che lavora presso il Korea Institute of Medical Microrobotics di Gwangju, Corea del sud) mirano a ottenere l'approvazione da parte delle autorità per le sperimentazioni cliniche sugli esseri umani.

     

    Il ginocchio è avvolto da un mantello lucido di cartilagine che leviga e lubrifica l'articolazione. Ma la cartilagine può subire facilmente delle lesioni a causa di traumi dovuti alle attività sportive e più in generale attraverso l'usura.


     

    Il risultato può essere lo sfregamento diretto delle ossa che compongono il ginocchio e la comparsa dell'osteoartrite dolorosa, tutto ciò alla fine può portare a una sostituzione dell’articolazione – l'incidenza delle lesioni alla cartilagine del ginocchio è quasi triplicata tra il 1996 e il 2011, gli esperti ipotizzano che il numero di protesi del ginocchio aumenterà dell'85% entro il 2030.

     

    Ci sono trattamenti che cercano di riparare il difetto e rallentano la progressione dell'artrite, anche se nessuno di questi trattamenti arriva a risultati accettabili.

     

    Uno di questi trattamenti prevede che venga perforato l'osso per stimolare il midollo osseo a produrre più cartilagine. Purtroppo questo trattamento produce un livello inferiore di cartilagine chiamata fibrocartilagine o cartilagine fibrosa che non resiste alle sollecitazioni meccaniche.

     

    Gli scienziati stanno anche facendo degli esperimenti con le cellule staminali mesenchimali (dall’inglese MSC, Mesenchymal stem cell) provenienti dai tessuti adiposi della persona o dal midollo osseo per utilizzarle sulle cartilagini danneggiate. Il problema si verifica quando si iniettano le cellule nel ginocchio, la maggior parte di queste cellule infatti galleggia e viene portata via nel fluido che riempie l'articolazione durante l'intervento chirurgico.

     

    L'attuale ricerca, pubblicata su Science Robotics, offre un modo ingegnoso per indirizzare (e soprattutto mantenere) le cellule staminali direttamente nella zona della lesione della cartilagine.

     

    Immagini da vicino dei microrobot magnetici che mostrano la struttura porosa e la morfologia dei pori. Credits: GO ET AL., SCI. ROBOT. 5, EAAY6626 (2020).Immagini da vicino dei microrobot magnetici che mostrano la struttura porosa e la morfologia dei pori. Credits: GO ET AL., SCI. ROBOT. 5, EAAY6626 (2020).

     

    Il team ha usato un polimero chiamato PLGA (Poly(lactic-co-glycolic) acid, acido poli(lattico-co-glicolico) per produrre un microrobot sferico che assomiglia a un pallone da calcio pieno di buche, solo infinitamente più piccolo. I bot hanno un diametro di circa 350 micrometri, la metà della larghezza di un granello di zucchero.

     

    Una delle sfide più grandi? Utilizzare materiali biodegradabili e non tossici

    La sfida che hanno dovuto affrontare i ricercatori è stata quella di rendere tali bot magnetici utilizzando materiali biodegradabili e non tossici.


     

    I ricercatori hanno rivestito il microbot con una combinazione di ferumoxytol, un integratore di ferro iniettabile approvato per l'uso umano dalla Food and Drug Administration degli Stati Uniti, e il chitosano, uno zucchero trovato nell'esoscheletro di alcuni crostacei che viene utilizzato per trattare l'ipertensione e il colesterolo.

     

    Microrobot impregnati di cellule staminali pronti per essere iniettati nel ginocchio

    I nuovi microrobot magnetici sono stati impregnati con cellule staminali pronte per essere iniettate nel ginocchio di un coniglio.

     

    Il coniglio aveva una piccolo foto nella cartilagine sul lato superiore dell'articolazione del ginocchio. L’animale era stato preparato per il trattamento mentre il ginocchio era racchiuso in un dispositivo composto da bobine elettromagnetiche ospitate in cilindri.

     

    Successivamente sono stati iniettati un centinaio di microbot mentre è stato registrato un video per documentare l’intervento.

     

    A magneti spenti, i microbot cadono per effetto della gravità. Con i magneti alimentati quasi tutti i microbot si attaccano alla zona della lesione, rimanendo fermi in posizione per tre settimane con l'aiuto di un altro magnete attaccato all'esterno del ginocchio.

     

    Una serie di immagini mostra una significativa guarigione della lesione al ginocchio durante il periodo di tre settimane.

     

    Prossimo passo: test sugli esseri umani

    Il team è ora intento a trasformare l’invenzione per utilizzarla sulle persone.

     

    «Costruiremo un sistema di microrobot per la rigenerazione della cartilagine del ginocchio umano, in cui saranno realizzati dispositivi di targeting e di fissaggio per mantenere le dimensioni ridotte pur mantenendo la loro attuale funzionalità» scrivono i ricercatori.

     

    Riferimenti

    Human adipose–derived mesenchymal stem cell–based medical microrobot system for knee cartilage regeneration in vivo

    https://robotics.sciencemag.org/content/5/38/eaay6626.full



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