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Millirobot biodegradabile a base di nanofibre in grado di rilasciare farmaci in posizioni mirate nell’intestino

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Nanofiber-based biodegradable millirobot that can release different drugs in targeted positions in the intestines

Spinto dalla forza magnetica, Fibot si muove nello stomaco di un maiale e viene quindi degradato nella posizione mirata. Credito: Questione

Un millirobot biodegradabile a base di nanofibre chiamato Fibot è stato sviluppato con successo in una ricerca guidata da uno studioso della City University di Hong Kong (CityU). Fibot può muoversi nell’intestino e degradarsi in risposta al pH del suo ambiente, rilasciando così diversi farmaci in diverse posizioni ancorate. La ricerca ha fatto luce sullo sviluppo dei millirobot, con la potenziale applicazione del rilascio controllato di farmaci in posizioni mirate nell’intestino. La ricerca ha anche facilitato lo sviluppo di dispositivi biodegradabili e adattativi con applicazioni biomediche.

Il gruppo di ricerca è stato guidato dal Dr. Shen Yajing, Professore Associato presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica (BME) di CityU. I loro risultati sono stati pubblicati nella rivista accademica Questioneintitolato “Millirobot biodegradabile a base di nanofibre con ancoraggio controllabile e funzioni di rilascio graduale adattivo”.

Fibot può muoversi e “ancorarsi” nell’intestino, guidato da un campo magnetico esterno

Il rilascio mirato del farmaco nelle posizioni desiderate è difficile nel tratto gastrointestinale a causa dell’ambiente acido/alcalino dello stomaco e dell’intestino, nonché della superficie ruvida della parete gastrica e della peristalsi dell’intestino. Tuttavia, il dottor Shen e il suo team hanno superato tutti questi ostacoli.

“Abbiamo chiamato questo millirobot morbido a base di nanofibre Fibot. Può essere utilizzato per l’ancoraggio controllabile ed è completamente degradabile in risposta al pH dell’ambiente circostante. Pertanto, Fibot può rilasciare vari farmaci incorporati nel suo corpo e nelle gambe passo dopo passo nel tratto gastrointestinale”, ha affermato il dottor Shen, presentando i risultati della ricerca del team.

“Ancoraggio” significa che Fibot può rimanere in una posizione fissa dopo essere stato spostato nella posizione desiderata all’interno dell’intestino, senza essere spinto via dalla peristalsi. Spinto da un campo magnetico esterno, il Fibot a più gambe può muoversi efficacemente nell’ambiente complicato del tratto gastrointestinale e ancorarsi alla parete intestinale attraverso l’applicazione di un forte campo magnetico.

Esperimenti in vivo sui conigli dimostrano che Fibot può degradarsi completamente in quattro ore

“Le gambe di Fibot possono penetrare nella mucosa intestinale, il che gli consente di ancorarsi nella posizione intestinale desiderata senza essere spinto via dalla peristalsi. Questo è un prerequisito per il rilascio di farmaci in una posizione mirata. Inoltre, con un controllo preciso del campo magnetico, le gambe di Fibot lo fanno non raggiungere la sottomucosa e gli strati muscolari esterni del tratto gastrointestinale, evitando così efficacemente il potenziale rischio di perforazione intestinale”, ha spiegato il dottor Shen.

Il team ha condotto vari esperimenti con Fibot. Hanno scoperto che guidato dalla forza magnetica, Fibot si muoveva di 7 cm in 10 secondi nello stomaco di un maiale, che è robusto, umido e acido, con un pH di 5. Ciò ha dimostrato l’abilità locomotiva di Fibot nello stomaco.

Il team ha anche condotto un esperimento in vivo nell’intestino di un coniglio con Fibot. Quando Fibot si è spostato nella regione intestinale mirata, il team ha applicato un campo magnetico più forte per ancorarlo al tessuto intestinale. Fibot rimase lì per quattro ore e alla fine fu completamente degradato in quella posizione.

Millirobot biodegradabile a base di nanofibre in grado di rilasciare diversi farmaci in posizioni mirate nell'intestino

Fibot si è trasferito nell’intestino del coniglio in circa 15 minuti sotto la guida di una forza magnetica esterna, mentre la fisiologia naturale impiega più di tre ore. Credito: Questione

La diversa capacità di degradazione sensibile al pH dei materiali fabbricati consente il rilascio controllabile del farmaco

Un’altra caratteristica di Fibot è la sua capacità di rilasciare farmaci. La chiave sta nel materiale prodotto. Il team ha fabbricato il corpo della membrana morbida a base di nanofibre di Fibot e l’array a più gambe separatamente dai materiali biodegradabili, quindi ha assemblato le due parti con un metodo di elettrofilatura assistito da campo magnetico.

La speciale struttura core-shell delle nanofibre utilizzate nel tessuto corporeo ha consentito l’incapsulamento del farmaco all’interno del guscio. Durante la fabbricazione delle gambe aghiformi, il team ha regolato i componenti del materiale e i farmaci sono stati inseriti all’interno.

“Dal momento che abbiamo regolato i materiali durante la fabbricazione, il corpo e le gambe di Fibot possono degradarsi a diversi valori di pH, consentendoci di controllare il rilascio graduale di diversi farmaci incapsulati nel corpo e nelle gambe di Fibot”, ha aggiunto il dottor Shen.

Gli esperimenti mostrano che in un ambiente acido come quello dello stomaco, dove il pH è inferiore o uguale a 5, la struttura di Fibot è rimasta stabile e non ha mostrato perdite dei farmaci incapsulati. Quando Fibot si trova in un ambiente con un pH maggiore o uguale a 5,5, il corpo rimane intatto, ma le gambe si dissolvono lentamente e rilasciano gradualmente un farmaco incorporato nell’arco di circa 40 minuti. Il corpo rimanente può ancora essere spostato dalla forza magnetica. In un ambiente con un pH maggiore di 6, il corpo rimanente si degrada completamente entro sette ore e rilascia un altro tipo di farmaco incapsulato nel corpo.

Millirobot biodegradabile a base di nanofibre in grado di rilasciare diversi farmaci in posizioni mirate nell'intestino

L’immagine in alto mostra la struttura di Fibot, il millirobot basato su nanofibre. L’immagine dello stomaco al centro e l’immagine in basso mostrano che Fibot può degradarsi in risposta al pH del suo ambiente e rilasciare gradualmente un farmaco nella posizione desiderata. Credito: Questione

Fibot è completamente biocompatibile e sicuro per uso biomedico

“Gli esperimenti in vivo hanno dimostrato che Fibot è completamente biocompatibile e biodegradabile, quindi non causerà alcuna ostruzione intestinale. L’ancoraggio al tessuto intestinale non ha provocato alcuna reazione infiammatoria, quindi riteniamo che Fibot sia sicuro per l’uso biomedico”, ha affermato il dott. Shen ha aggiunto.

Fibot fa luce sui progetti di millirobot funzionali che sono completamente biodegradabili e possono rilasciare farmaci in una posizione ancorata passo dopo passo. I risultati possono essere utilizzati in futuri trattamenti biomedici, come il rilascio mirato della regione e il rilascio programmabile e il rilascio di macromolecole intestinali per applicazioni cliniche. “Fibot fornisce una nuova soluzione per la terapia localizzata e ha il potenziale per il rilascio di farmaci transdermici macromolecolari”, ha concluso il dottor Shen.


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