Gli ultrasuoni biodegradabili aprono il sangue

Aug 22, 2023

Un nuovo ultrasuono biodegradabile, molto più potente dei dispositivi precedenti, potrebbe rendere i tumori al cervello più curabili, riferiscono i ricercatori dell’Università del Connecticut su Science Advances. Lo studio è stato sostenuto dalla National Science Foundation statunitense.

Quando a qualcuno viene diagnosticato un tumore al cervello canceroso, di solito viene rimosso chirurgicamente e quindi viene utilizzata la chemioterapia per assorbire le cellule tumorali rimanenti rimaste. Ma i tumori al cervello sono particolarmente resistenti alla chemioterapia perché il rivestimento dei vasi sanguigni impedisce il passaggio di grandi molecole che potrebbero potenzialmente danneggiare il cervello.

Questi impediscono inoltre che utili farmaci chemioterapici e altre terapie uccidano le cellule tumorali del cervello e curino altre malattie cerebrali. Un modo sicuro ed efficace per superare la barriera ematoencefalica, come è noto, è utilizzare gli ultrasuoni per muovere le cellule abbastanza da aprire i pori abbastanza grandi da consentire il passaggio del medicinale.

"Le soluzioni creative di questo team a un problema umano fondamentale dimostrano il potere dell'integrazione dell'ingegneria con la medicina"

- Kathryn Jablokow

Ma far passare gli ultrasuoni attraverso lo spesso cranio umano non è facile. In generale, più potenti dispositivi a ultrasuoni devono essere posizionati strategicamente attorno al cranio e focalizzati attentamente sul sito del tumore con una macchina per la risonanza magnetica immediatamente dopo la somministrazione della chemioterapia in ospedale.

"Possiamo evitare tutto ciò utilizzando un dispositivo impiantato" nel cervello stesso, afferma l'ingegnere biomedico Thanh Nguyen. "Possiamo usarlo ripetutamente, permettendo alla chemio di penetrare nel cervello e uccidere le cellule tumorali." Esiste già in commercio un dispositivo a ultrasuoni impiantabile, ma è realizzato con materiali ceramici potenzialmente tossici e devono essere rimossi chirurgicamente al termine del trattamento.

I ricercatori hanno trovato una nuova soluzione. Hanno fatto crescere cristalli di glicina e poi li hanno intenzionalmente frantumati in pezzi di poche centinaia di nanometri. Li hanno poi filati (sotto alta tensione in un processo chiamato elettrofilatura) con policaprolattone (PCL), un polimero biodegradabile, per realizzare pellicole piezoelettriche composte da nanofibre di glicina e PCL.

Sotto una piccola tensione pilotata, la pellicola può generare ultrasuoni a 334 kilopascal, più o meno la stessa quantità di un impianto cerebrale ad ultrasuoni in ceramica. Il team riveste la pellicola di glicina-PCL con altri polimeri biodegradabili per proteggerla. Il poli-L-lattide, un possibile rivestimento, impiega circa sei settimane per decomporsi.

Il team ha effettuato un controllo di sicurezza durato sei mesi sul dispositivo impiantato nel cervello e ha scoperto che non aveva effetti negativi sulla salute dei topi. Ora inizieranno a testare la sicurezza e l’efficacia negli animali di grandi dimensioni.

"Le soluzioni creative di questo team a un problema umano critico dimostrano il potere dell'integrazione dell'ingegneria con la medicina", afferma Kathryn Jablokow, direttrice del programma presso la Direzione per l'ingegneria della NSF.