Cosa sono i nanobots e quanto c'è di reale in queste tecnologie?

Nell’immaginario comune, quando si sente parlare di nanobots, molto spesso si pensa a quei film fantascientifici americani, come ad esempio “Fantastic Voyage” o “No Time to Die” della saga di 007, dove i protagonisti si trovano a dover usare o contrastare tecnologie di ultima generazione. E’ interessante notare che più volte le science fiction sono state in parte premonitrici di progressi tecnologici al limite tra fantascienza e realtà. Ma cosa sono realmente i nanobots?

Indubbiamente, la nanotecnologia è una delle tecnologie più promettenti del ventunesimo secolo. Questo è un termine generico riferito a innovazioni tecnologiche su scala nanometrica, ci aggiriamo intorno ai 0.1-100nm, tecnologie di fatto invisibili all’occhio umano. Basti immaginare che le molecole e alcune strutture presenti nelle cellule degli esseri viventi hanno dimensioni nanometriche.

Il Nobel per la fisica, Richard P. Feynman, durante un convegno nel 1959, pronunciò la frase famosa: ” There is plenty of room at the bottom” (tradotto come: “C’è tanto spazio giù in fondo”), pronosticando l’avvento di tecnologie sempre più piccole e facilmente controllabili. Sono passati sessantaquattro anni da quel famoso discorso e possiamo asserire che Feynman ci aveva visto lungo. E’ stato tuttavia il libro “Engines of Creation” di K. Eric Drexler, pubblicato nel 1986, che ha posto le basi della nanotecnologia moderna ed ha evidenziato le conseguenze che da essa ne possono scaturire.

Oggi possiamo decisamente affermare che la nano-robotica è un campo in continuo divenire e forte crescita, con risvolti particolarmente promettenti in ambito diagnostico e terapeutico.

Cosa sono i nanobots?

I nanobots sono dei veri e proprio robots in miniatura, nell’ordine dei nanometri. I nanobots sono delle macchine capaci di eseguire un lavoro o una operazione e hanno la peculiarità di essere impercettibile all’occhio umano. E’ proprio la loro natura microscopica che li rende distintivi e versatili. I nanobots hanno il potenziale di rivoluzionare diversi campi multidisciplinari: dall’industria manifatturiera, alla produzione di energia, ma più di tutti la medicina. Per esempio, gli interventi chirurgici potrebbero essere eseguiti più velocemente e più accuratamente. I nanobots potrebbero essere utilizzati all’interno delle arterie dei pazienti per eliminare le ostruzioni o addirittura per riparare fratture. E ancora, queste nanotecnologie potrebbero essere impiegate per riconoscere specifiche cellule tumorali e veicolare farmaci in maniera mirata. E chi più ne ha più ne metta.

Rappresentazione schematica di nanobots in un vaso sanguigno. — *Figura 1 – Rappresentazione schematica di nanobots in un vaso sanguigno*. [Fonte: https://www.shutterstock.com/]

A che punto sono le ricerche?

Oggi quando si parla di nanobots ci si riferisce, in linea di massima, a nano-motori con propulsione automatica costruiti principalmente da materiali biologici degradabili e/o sintetici. Qui sono elencati tre diversi esempi di nanobots che vanno da semplici dimostrazioni teoriche della loro efficacia, fino all’utilizzo di queste tecnologie all’interno di organismi modello, ma anche in campo diagnostico. Infine, è interessante notare come i nanobots possono essere realizzati a partire esclusivamente da DNA, rendendoli completamente biodegradabili.

Proof-of-concept nanobots

Ingeneri presso l’Università della California San Diego hanno sviluppato dei nanobots ad ultrasuoni. Queste nanotecnologie possono nuotare nel sangue e detossificarlo da batteri e tossine. Rivestendo dei piccolissimi fili di metallo con piastrine e globuli rossi, i ricercatori hanno dimostrato la capacità sinergica di questi piccoli robots di legare batteri patogeni e neutralizzarne le loro tossine. Il sottilissimo filo di metallo permette ai nanobots di rispondere a onde a ultrasuoni, consentendo a questi minuscoli robot di nuotare nel sangue ad una velocità di 35 micrometri per secondo ed efficientemente eliminare batteri e tossine. Questo lavoro pubblicato su Science Robotics ad oggi rimane un proof-of-concept, ovvero una dimostrazione teorica della produzione e dell’uso potenziale dell’idea. “Un giorno questa tecnologia potrà offrire un modo sicuro ed immediato per decontaminare diversi fluidi biologici”, dice il professor Joseph Wang, capo del gruppo di ricerca che ha condotto questo studio.

In vivo nanobots

Un altro esempio è dato dall’utilizzo in vivo (all’interno dell’organismo) di un micromotore, una tecnologia leggermente più grande di un nanobot. In particolare, i ricercatori hanno dapprima creato dei sottilissimi dispositivi ricoperti di zinco e successivamente li hanno somministrati oralmente a topi. Una volta che queste microparticelle raggiungono lo stomaco dei topi, lo zinco reagisce con i succhi gastrici, producendo delle bolle di idrogeno. Queste ultime sono essenziali per la spinta e penetrazione dei micromotori all’interno dell’epitelio gastrico. Questo studio, pubblicato su ACS Nano, dimostra che è possibile legare a questi micromotori dei farmaci ad azione mirata aprendo promettenti prospettive per la cura di disordini gastrointestinali e l’ulcera peptica.

Rappresentazione schematica della spinta e penetrazione dei micromotori rivestiti di zinco nello stomaco di topo. — *Figura 2 – Rappresentazione schematica della spinta e penetrazione dei micromotori rivestiti di zinco nello stomaco di topo*. [Fonte: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/nn507097k]

Nanobots in diagnostica

I ricercatori dell’Università Cinese di Hong Kong hanno sviluppato un microrobots capace di identificare, nelle feci dei pazienti, tossine prodotte dal batterio Clostridium difficile. Questa tecnologia si cataloga tra le più veloci e sensibili tecnologie ad oggi esistenti. Infatti, ha la capacità di effettuare lo screening in soli 15 minuti, in contrapposizione a tempi di 1-2 giorni nelle attuali procedure di laboratorio. “Lo sviluppo di uno strumento veloce, accurato ed economico, accorcia i tempi di diagnosi e fa si che i pazienti possano ricevere un trattamento efficace nel più breve tempo possibile”, dice professor Joseph SUNG, uno dei collaboratori del team di ricerca.

DNA origami

Una nanotecnologia dalle considerevoli potenzialità in campo medico è la tecnica del DNA a origami. I ricercatori infatti, al pari dei grandi maestri giapponesi con la carta, possono piegare “fogli” di molecole di DNA fino ad ottenere strutture bi- o tri-dimensionali piccolissime con diverse proprietà. La tecnologia del DNA a origami ha il vantaggio di essere biocompatibile, enormemente stabile, a bassa tossicità e ultimo, ma non meno importante, avere bassi costi di manifattura. Le applicazioni dei nanobots a DNA ad oggi sono numerose, alcune di queste includono: drug delivery e biosensori. Nel primo caso i nanobots sono risultati particolarmente efficaci nel veicolare e rilasciare, in organi bersaglio, terapie ad azione anti-tumorale. Nel secondo caso, i ricercatori sono riusciti a “programmare” nanobots in grado di riconoscere e catturare virus patogeni prima del loro accesso all’interno delle cellule, in questo caso i nanobots funzionano come vere e proprie trappole.

Facce sorridenti create con la tecnica del DNA a origami (largezza 100nm). Lo scienziato Paul W. K. Rothemund ha dimostrato che da molecole di DNA si può potenzialmente creare qualsiasi forma o sagoma. — Figura 3 – Facce sorridenti create con la tecnica del DNA a origami (larghezza 100nm). Lo scienziato Paul W. K. Rothemund ha dimostrato che da molecole di DNA si può potenzialmente creare qualsiasi forma o sagoma. [Fonte: www.nature.com/articles/nature04586]

Il futuro delle nanotecnologie

I nanobots rappresentano un’evoluzione promettente soprattutto in campo medico. Le applicazioni di queste nanotecnologie sono molteplici, esse includono: il rilascio mirato dei farmaci in specifici organi e tessuti danneggiati, trattamento di infezioni, cura di malattie legate al sangue, prevenzione di danni celebrali ecc..

Come tutte le tecnologie, anche i nanobots hanno dei punti di forza, ma anche dei punti di debolezza. Ci sono infatti una serie di nodi da risolvere: il consenso pubblico, l’etica, le norme regolamentari e non da meno la sicurezza delle persone. Queste sono tutte tematiche che devono essere affrontate prima che la nano-tecnologia possa fare il suo avvento in campo clinico. Attualmente i nanobots sono ancora in una fase iniziale di ricerca e sviluppo e la maggior parte degli studi vengono condotti in laboratorio. Grazie alle numerose ricerche, questo nuovo mondo composto da robots su scala nanometrica si spalanca alla nostra conoscenza e comprensione, trattenendo un potenziale pronto ad essere liberato e diffondersi a macchia d’olio.