Microrobot e cellule staminali, i test sul midollo spinale migliorano il recupero nei topi

Un gruppo di ricercatori dell’ETH di Zurigo e dell’Università di Zurigo ha messo a punto un microrobot bioibrido progettato per trasportare cellule staminali direttamente nelle aree danneggiate del midollo spinale. Nei test condotti su zebrafish e topi, la tecnologia ha favorito la ricrescita delle cellule nervose e ha portato a un miglioramento delle capacità motorie degli animali.

Il sistema, chiamato NPCbots, unisce cellule progenitrici neurali ottenute da cellule staminali pluripotenti indotte e nanoparticelle magnetoelettriche. Le cellule possono trasformarsi in diversi tipi di tessuto nervoso, mentre le nanoparticelle reagiscono ai campi magnetici generando stimoli elettrici localizzati. In questo modo i ricercatori hanno creato minuscoli vettori biologici, grandi circa sei micrometri, capaci sia di trasportare le cellule terapeutiche sia di attivarle senza collegamenti fisici.

La produzione avviene all’interno di una piattaforma lab-on-a-chip di circa un centimetro quadrato. Le cellule vengono raccolte in una microcamera e successivamente combinate con le nanoparticelle fino alla formazione del microrobot. L’intero processo richiede circa mezz’ora, un aspetto considerato fondamentale per eventuali applicazioni future che richiederebbero la produzione di grandi quantità di unità identiche.

Le lesioni del midollo spinale rappresentano una delle sfide più difficili della medicina rigenerativa. Dopo il danno, infatti, i neuroni hanno una capacità limitata di rigenerarsi e il tessuto cicatriziale può ostacolare la ricostruzione delle connessioni nervose. Le tecniche tradizionali basate sulla stimolazione elettrica richiedono spesso l’impianto di elettrodi, con procedure invasive e delicate.

La nuova strategia sfrutta invece campi magnetici esterni che svolgono una doppia funzione. Da una parte guidano i microrobot verso il punto lesionato, dall’altra attivano le nanoparticelle che producono impulsi elettrici direttamente sulle cellule trasportate.

I primi esperimenti sono stati effettuati sulle larve di zebrafish, un organismo noto per la sua elevata capacità rigenerativa. Dopo l’iniezione dei microrobot nella zona danneggiata e l’esposizione ai campi elettromagnetici, gli animali hanno mostrato in appena tre giorni comportamenti di nuoto e attività esplorativa molto vicini alla normalità.

I risultati più significativi sono arrivati però dai test sui topi, il cui midollo spinale non possiede la stessa capacità di rigenerazione spontanea. Nel modello utilizzato, caratterizzato da una recisione completa del midollo, dopo 28 giorni i ricercatori hanno osservato la formazione di nuove connessioni nervose nell’area lesionata.

Gli animali trattati hanno evidenziato progressi nell’andatura, nella lunghezza del passo, nella coordinazione dei movimenti e nell’attività esplorativa. Durante il periodo di osservazione non sono stati segnalati effetti avversi rilevanti né particolari reazioni immunitarie legate al trattamento.

La caratteristica che distingue questa tecnologia da altri approcci è la capacità di combinare il trasporto mirato delle cellule con la loro stimolazione elettrica direttamente nel punto in cui è necessario intervenire. I microrobot non si limitano quindi a consegnare le cellule staminali, ma contribuiscono anche a favorirne la maturazione e l’integrazione nel tessuto danneggiato.

Nonostante i risultati incoraggianti, la strada verso una possibile applicazione clinica resta lunga. I ricercatori dovranno definire quali intensità di campo magnetico siano sicure per l’organismo umano, stabilire la durata ottimale della stimolazione e verificare il comportamento delle nanoparticelle nel lungo periodo. Il gruppo sta inoltre valutando possibili impieghi della piattaforma in altri ambiti, tra cui cardiologia, oncologia e riparazione dei tessuti lesionati.