Una ricerca condotta presso la Carnegie Mellon University di Pittsburgh (Stati Uniti) ha portato allo sviluppo degli AggreBot, biorobot microscopici costruiti a partire da cellule staminali polmonari umane. Questi robot biologici rappresentano un’innovazione significativa poiché utilizzano le ciglia, propulsori organici simili a peli, per il movimento. Un’alternativa ai tradizionali biobot basati su fibre muscolari.
La svolta principale risiede in una nuova strategia di assemblaggio modulare che consente ai ricercatori di controllare con precisione la motilità degli AggreBot. Combinando sferoidi di tessuto con ciglia attive e non attive è possibile programmare schemi di movimento specifici.
Le caratteristiche intrinseche degli AggreBot, come la biocompatibilità e la biodegradabilità, li rendono candidati ideali per future applicazioni mediche. Essi offrono il potenziale per la somministrazione mirata di farmaci, interventi meccanici all’interno del corpo e la possibilità di creare veicoli terapeutici personalizzati utilizzando le cellule del paziente stesso. Si elimina così il rischio di rigetto immunitario.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Science Advances, apre nuove frontiere nella biorobotica, nella ricerca clinica su malattie come la fibrosi cistica e nella somministrazione di terapie in vivo.
Meccanismo di propulsione e controllo della motilità degli AggreBot
Il progresso fondamentale degli AggreBot risiede nella loro capacità di ottenere una motilità personalizzabile e controllata, superando una delle principali sfide nel campo dei biorobot a propulsione ciliare (CiliaBot).
Le ciglia sono strutture nanoscopiche, simili a peli, che agiscono come propulsori organici. Nel corpo umano, ad esempio nei polmoni, muovono continuamente fluidi. In natura, aiutano creature acquatiche come il Paramecio a nuotare. Sebbene l’uso delle ciglia come sistema di propulsione per i biobot fosse promettente, controllare la forma esatta e la struttura di un CiliaBot, e quindi il suo movimento, si era dimostrato difficile.
L’assemblaggio modulare dei microscopici robot
Il Ren lab ha superato questa difficoltà sviluppando una nuova strategia di assemblaggio modulare. Questo metodo si basa sull’aggregazione controllata di sferoidi di tessuto. Il processo permette di combinare e fondere insieme sferoidi diversi per creare forme complesse. Si possono inoltre incorporare sferoidi non funzionali. La strategia include l’uso di sferoidi che portano una mutazione genetica, la quale rende le ciglia in regioni specifiche immobili e non funzionali.
Controllando con precisione la posizione e l’abbondanza dei “propulsori” ciliari sulla superficie del tessuto, i ricercatori possono dirigere per la prima volta il comportamento e gli schemi di movimento dei CiliaBot.
Dhruv Bhattaram, dottorando in ingegneria biomedica e primo autore dello studio, ha paragonato il processo al “togliere i remi in punti scelti su una barca a remi durante la voga”.
“La motilità è importante, perché il corpo è un ambiente complesso. […] Abbiamo tracciato un percorso che tutti potranno usare per controllare la motilità dei CiliaBot.” commenta Xi Ren, Professore Associato di Ingegneria Biomedica.
L’approccio AggreBot introduce diverse caratteristiche vantaggiose che ne ampliano il potenziale per applicazioni future
La capacità di combinare modularmente elementi ciliati e non ciliati permette ai ricercatori di creare biobot con schemi di mobilità specifici e ingegnerizzati. Aggiunge una nuova dimensione progettuale alla biorobotica e alla robotica bioibrida, consentendo una personalizzazione senza precedenti del comportamento motorio.
Essendo costituiti interamente da materiali biologici (cellule umane), gli AggreBot sono naturalmente compatibili con l’ambiente biologico del corpo. Permette la loro potenziale applicazione diretta in contesti medici senza causare reazioni avverse.
Biodegradabilità: la loro composizione cellulare assicura che possano essere riassorbiti naturalmente dal corpo dopo aver completato la loro funzione. Elimina quindi la necessità di rimuovere i dispositivi, riducendo l’invasività delle procedure.
La piattaforma AggreBot ha il potenziale per influenzare un’ampia gamma di settori, dalla medicina alla ricerca fondamentale.
- Somministrazione Terapeutica In Vivo: Gli AggreBot potrebbero un giorno essere in grado di navigare attraverso gli ambienti complessi del corpo per fornire farmaci o interventi meccanici direttamente dove sono necessari. La loro propulsione controllata è fondamentale, poiché, come ha sottolineato il professor Ren, “senza un adeguato meccanismo di propulsione, le cellule possono facilmente bloccarsi”.
- Ricerca Medica e Clinica: La tecnologia può essere utilizzata come modello per studiare malattie in cui la funzione ciliare è compromessa, come la discinesia ciliare primaria o le condizioni legate al muco denso e ad alta viscosità nella fibrosi cistica.
- Salute Ambientale: Potrebbero essere impiegati per aiutare i ricercatori a comprendere l’impatto sulla salute dei rischi ambientali.
“Dall’aiutarci a comprendere l’impatto sulla salute dei rischi ambientali alla facilitazione della somministrazione di terapie in vivo, i CiliaBot hanno una vasta gamma di usi potenziali, ed è emozionante far parte della loro evoluzione.” chiosa Xi Ren.
Lo studio “AggreBots: configuring CiliaBots through guided, modular tissue aggregation” è stato pubblicato su Science Advances (settembre 2025)
