Come funziona il nanorobot

L’architettura del sistema è volutamente semplice e altamente adattabile:

• Design modulare: due moduli distinti e riconfigurabili — un modulo di propulsione magnetica e una capsula per il carico utile .
• 'Velcro molecolare' a DNA: ogni modulo porta filamenti di DNA complementari. Quando si incontrano, i filamenti si legano e i moduli si incastrano a formare un nanorobot funzionante. Lo stesso legame può essere sciolto, consentendo il recupero dei moduli .
• Propulsione magnetica: il modulo di propulsione è magnetico, permettendo un controllo esterno. Un campo magnetico può guidare il nanorobot verso un bersaglio — ad esempio un tumore — e in seguito recuperarlo per un nuovo utilizzo .
• Capsula per il carico utile: la capsula contiene quattro vescicole polimeriche nanometriche, ciascuna caricata con enzimi. I substrati entrano attraverso pori microscopici, gli enzimi li convertono in prodotti attivi e questi vengono rilasciati localmente. Le vescicole possono anche essere aperte selettivamente per rilasciare composti bioattivi .
• Capacità di ancoraggio: biomolecole aggiuntive sulla capsula consentono al nanorobot di agganciarsi a specifiche superfici cellulari o materiali .

Test sulle cellule HeLa: i risultati

Il team ha testato il nanorobot su cellule tumorali HeLa, una linea cellulare umana ampiamente usata nella ricerca sul cancro:

• I nanorobot si sono accumulati sulla superficie delle cellule HeLa, confermato tramite marcatura fluorescente .
• Quando dotati di enzimi che producono un farmaco anticancerogeno, i nanorobot hanno ridotto la vitalità delle cellule HeLa al 16% entro 72 ore — ciò significa che l’84% delle cellule tumorali è stato eliminato .
• L’efficacia deriva dalla produzione concentrata e locale del farmaco, direttamente sulla superficie cellulare, anziché dalla somministrazione sistemica .

Applicazioni future e prossimi passi

Il design modulare fa sì che la piattaforma non sia limitata alla terapia antitumorale. Sostituendo la capsula del carico utile, lo stesso nanorobot può essere riconvertito per ruoli completamente diversi:

• Medicina mirata: somministrare agenti terapeutici direttamente a tumori o tessuti malati, con il modulo magnetico che consente il recupero e il riutilizzo .
• Catalisi industriale: ricaricare la capsula con enzimi diversi per reazioni catalitiche su richiesta nella produzione .
• Bonifica ambientale: potenziali usi includono la purificazione dell’acqua e la degradazione di inquinanti .
• Riutilizzabilità: i moduli possono essere separati, la capsula ricaricata e i moduli riaccoppiati, mentre il modulo di propulsione magnetica viene recuperato e riutilizzato .
• Uso nell’uomo: l’applicazione sull’uomo resta un obiettivo a lungo termine, ma la piattaforma è progettata per essere facilmente adattabile semplicemente modificando la capsula del carico utile .

La ricerca è stata pubblicata su Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202600079) ed è stata condotta nell’ambito del National Center of Competence in Research – Molecular Systems Engineering e dello Swiss Nanoscience Institute, in collaborazione con l’Università di Heidelberg .

Come funziona il nanorobot

L’architettura del sistema è volutamente semplice e altamente adattabile:

• Design modulare: due moduli distinti e riconfigurabili — un modulo di propulsione magnetica e una capsula per il carico utile .
• 'Velcro molecolare' a DNA: ogni modulo porta filamenti di DNA complementari. Quando si incontrano, i filamenti si legano e i moduli si incastrano a formare un nanorobot funzionante. Lo stesso legame può essere sciolto, consentendo il recupero dei moduli .
• Propulsione magnetica: il modulo di propulsione è magnetico, permettendo un controllo esterno. Un campo magnetico può guidare il nanorobot verso un bersaglio — ad esempio un tumore — e in seguito recuperarlo per un nuovo utilizzo .
• Capsula per il carico utile: la capsula contiene quattro vescicole polimeriche nanometriche, ciascuna caricata con enzimi. I substrati entrano attraverso pori microscopici, gli enzimi li convertono in prodotti attivi e questi vengono rilasciati localmente. Le vescicole possono anche essere aperte selettivamente per rilasciare composti bioattivi .
• Capacità di ancoraggio: biomolecole aggiuntive sulla capsula consentono al nanorobot di agganciarsi a specifiche superfici cellulari o materiali .

Test sulle cellule HeLa: i risultati

Il team ha testato il nanorobot su cellule tumorali HeLa, una linea cellulare umana ampiamente usata nella ricerca sul cancro:

• I nanorobot si sono accumulati sulla superficie delle cellule HeLa, confermato tramite marcatura fluorescente .
• Quando dotati di enzimi che producono un farmaco anticancerogeno, i nanorobot hanno ridotto la vitalità delle cellule HeLa al 16% entro 72 ore — ciò significa che l’84% delle cellule tumorali è stato eliminato .
• L’efficacia deriva dalla produzione concentrata e locale del farmaco, direttamente sulla superficie cellulare, anziché dalla somministrazione sistemica .

Applicazioni future e prossimi passi

Il design modulare fa sì che la piattaforma non sia limitata alla terapia antitumorale. Sostituendo la capsula del carico utile, lo stesso nanorobot può essere riconvertito per ruoli completamente diversi:

• Medicina mirata: somministrare agenti terapeutici direttamente a tumori o tessuti malati, con il modulo magnetico che consente il recupero e il riutilizzo .
• Catalisi industriale: ricaricare la capsula con enzimi diversi per reazioni catalitiche su richiesta nella produzione .
• Bonifica ambientale: potenziali usi includono la purificazione dell’acqua e la degradazione di inquinanti .
• Riutilizzabilità: i moduli possono essere separati, la capsula ricaricata e i moduli riaccoppiati, mentre il modulo di propulsione magnetica viene recuperato e riutilizzato .
• Uso nell’uomo: l’applicazione sull’uomo resta un obiettivo a lungo termine, ma la piattaforma è progettata per essere facilmente adattabile semplicemente modificando la capsula del carico utile .

La ricerca è stata pubblicata su Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202600079) ed è stata condotta nell’ambito del National Center of Competence in Research – Molecular Systems Engineering e dello Swiss Nanoscience Institute, in collaborazione con l’Università di Heidelberg .