Tracking of medical nanobots comes to a step closer / Il monitoraggio dei nano robot medici è più vicino


Tracking of medical nanobots comes to a step closer Il monitoraggio dei nano robot medici è più vicino


Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa


medical nanobots
Visualisation of the ATOMS chip inside the gut. Credit: Ella Marushchenko for Caltech / Visualizzazione del chip ATOMS all'interno dell'intestino.

New magnetic resonance technology could be used to locate “smart pills” inside the body
Medical nanobots have long been a dream of science fiction: minute devices that can roam the bloodstream and the organs looking for, and even treat, disease and other conditions. As The Engineer has reported, the first steps towards these technologies are being taken around the world, with targeted drug delivery systems that bind to specific sites and release specifically-targeted medicines. Other research has looked at smart pills – devices that can carry cameras or other miniaturised technology inside the body to help clinicians treat patients. One problem with such devices is tracking their location once they are ingested. Researchers from Caltech have now borrowed a technique for magnetic resonance imaging to help tackle this problem.

The team, led by electrical engineer Azita Emami and chemical engineer Mikhail Shapiro, has developed a technique known as ATOMS (addressable transmitters operated as magnetic spins) which allows smart pills — also known as capsule endoscopes — to be located in the body using magnetic fields. The technique uses silicon chips that contain a set of integrated sensors, resonators and wireless transmission technology that allow them to mimic the magnetic resonance properties of atoms.
“A key principle of MRI is that a magnetic field gradient causes atoms at two different locations to resonate at two different frequencies, making it easy to tell where they are,” said Shapiro. “We wanted to embody this elegant principle in a compact integrated circuit. The ATOMS devices also resonate at different frequencies depending on where they are in a magnetic field.”
Emami and Shapiro enlisted the help of Manuel Monge, a bioengineer and former doctoral student in Emami lab now working at Elon Musk-founded neuro technology company Neuralink, to design a chip that would embody their idea. Monge is the lead author on a paper in Nature Biomedical Engineering describing the research.
The chip Monge designed has a surface area of 1.4 mm² and contains a magnetic field sensor, integrated antennas, a wireless powering device, and a circuit that adjusts its radio frequency signal based on a magnetic field strength the sensor detects to wirelessly relay the chip’s location.
“This chip is totally unique: there are no other chips that operate on these principles,” said Monge. “Integrating all of the components together in a very small device while keeping the power low was a big task.” The paper describes successful tests on the device inside mice.
The researchers stress that this device is only preliminary. Shapiro envisages further steps that would incorporate sensors into small pills that could detect pH, temperature, pressure and blood sugar concentrations, and relay these to doctors or use them to trigger and control the release of drugs.
“You could have dozens of microscale devices travelling around the body taking measurements or intervening in disease,” he said. These devices can all be identical, but the ATOMS devices would allow you to know where they all are and talk to all of them at once. Referring back to science fiction, in particular, the 1960s film Fantastic Voyage, where a miniaturised submarine was used to find and dissolve a life-threatening blood clot, Shapiro added: “instead of sending a single submarine, you could send a flotilla.”
But for now, the team has a more modest target in its sights. Its next goal is a device that cannot only be detected but can simultaneously relay and sense body states. “We want to build a device that can go through the gastrointestinal tract and not only tell us where it is but communicate information about the various parts of the body and how they are doing,” Monge said.

ITALIANO

Una nuova tecnologia di risonanza magnetica potrebbe essere utilizzata per individuare "pillole intelligenti" all'interno del corpo
I nanorobots medici sono da tempo un sogno di fantascienza: dispositivi minimi che possono vagare nel flusso sanguigno e negli organi per curare malattie e altre condizioni. Come ha spiegato l'ingegnere, i primi passi verso queste tecnologie vengono intrapresi in tutto il mondo, con sistemi mirati di consegna di farmaci che si legano a siti specifici e rilasciano farmaci specifici. Altre ricerche hanno esaminato pillole intelligenti - dispositivi che possono trasportare fotocamere o altre tecnologie miniaturizzate all'interno del corpo per aiutare i medici a trattare i pazienti. Un problema con tali dispositivi è monitorare la loro posizione una volta che siano stati ingeriti. I ricercatori di Caltech hanno ora preso in considerazione una tecnica per la risonanza magnetica per aiutare ad affrontare questo problema.

Il gruppo, guidato dall'ingegnere elettrico Azita Emami e dall'ingegnere chimico Mikhail Shapiro, ha sviluppato una tecnica conosciuta come ATOMS (trasmettitori indirizzabili operanti come spin magnetici) che permette che le pillole intelligenti - noti anche come endoscopi della capsula - siano posizionate nel corpo utilizzando campi magnetici . La tecnica utilizza chip di silicio che contengono una serie di sensori integrati, risonatori e tecnologia di trasmissione wireless che permettono loro di imitare le proprietà di risonanza magnetica degli atomi.
"Un principio chiave della risonanza magnetica è che un gradiente di campo magnetico consenta agli atomi in due diverse posizioni di risonare a due diverse frequenze, rendendo più facile capire dove siano", ha detto Shapiro. "Volevamo utilizzare questo principio elegante in un circuito integrato compatto. I dispositivi ATOMS risonano anche a diverse frequenze a seconda di dove si trovano in un campo magnetico ".
Emami e Shapiro hanno utilizzato l'aiuto di Manuel Monge, un bioingegnere ed ex studente di dottorato nel laboratorio Emami che ora lavora a Neuralink, società di neuro tecnologia Neon, fondata da Elon Musk, per progettare un chip che esprimesse la propria idea. Monge è l'autore principale su un articolo di Nature Biomedical Engineering che descrive la ricerca.
Il chip Monge progettato ha una superficie di 1,4 mm² e contiene un sensore di campo magnetico, antenne integrate, un dispositivo di alimentazione senza fili e un circuito che regola il suo segnale di frequenza radio in base a un campo di campo magnetico in modo che il sensore rilevi la trasmissione wireless della posizione del chip .
"Questo chip è totalmente unico: non esistono altri chip che operano su questi principi", ha dichiarato Monge. "L'integrazione di tutti i componenti in un dispositivo molto piccolo mantenendo il basso livello di potenza è stato un grande compito". Il documento descrive i test di successo sul dispositivo all'interno dei topi.
I ricercatori sottolineano che questo dispositivo è solo preliminare. Shapiro prevede ulteriori passi che includano sensori in piccole pillole che potrebbero rilevare concentrazioni di pH, temperatura, pressione e zuccheri nel sangue e li trasmetteranno ai medici o li utilizzano per attivare e controllare il rilascio di farmaci.
"Potresti avere decine di dispositivi su microscala che viaggiano all'interno del corpo prendendo misure o intervenendo in malattie", ha detto. Questi dispositivi possono essere tutti identici, ma i dispositivi ATOMS consentiranno di sapere dove sono tutti e parlare a tutti loro contemporaneamente. Riferendosi alla fantascienza, in particolare alla fantasmatica Fantastic Voyage del Cinquecento, dove è stato utilizzato un sottomarino miniaturizzato per trovare e sciogliere un coagulo di sangue pericoloso per la vita, Shapiro ha aggiunto: "anziché inviare un singolo sottomarino, si potrebbe inviare una flotta".
Ma per ora, il gruppo ha un obiettivo più modesto. Il suo obiettivo successivo è un dispositivo che non solo possa essere rilevato, ma possa simultaneamente inoltrare e sentire gli stati del corpo. "Vogliamo costruire un dispositivo che possa passare attraverso il tratto gastrointestinale e non solo dirci dove sia ma comunicare informazioni sulle varie parti del corpo e su come lo stiano facendo", ha detto Monge.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/tracking-medical-nanobots-smart-pills/?cmpid=tenews_3950080&adg=CA40D8F0-63B9-4BE1-90A0-3379B1DDE40E

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