Spermbot: gli spermatozoi “fattorino” al servizio delle cure di precisione

Lo sviluppo di micromotori che sfruttano le fonti di energia biologica per ottenere dispositivi fisiologicamente compatibili sta acquisendo notevole interesse nella comunità scientifica. In particolare, gli spermbot potrebbero essere utilizzati per la consegna di farmaci in situ nella terapia antitumorale e per il trattamento dell’infertilità maschile.

Spermbot per veicolare farmaci

La veicolazione farmacologica in situ a dosi efficaci è uno degli obiettivi principali nella terapia antitumorale. Attualmente in questo campo esistono delle evidenti problematiche come ad esempio la scarsa penetrazione in alcuni tessuti, la non specificità del farmaco per le cellule tumorali e la diminuzione della concentrazione effettiva del farmaco causata dalla diluizione con i fluidi corporei, che ne limitano considerevolmente l’efficacia. Per ovviare a ciò, vengono utilizzati dei microcarrier cellulari o microrganismi che fungono da vettori di farmaci, aumentando la capacità di interazione con le cellule bersaglio, la durata della fase di rilascio e la biocompatibilità.

Nel trattamento dei tumori ginecologici, le cellule spermatiche sono le candidate più adatte per trasportare i farmaci a causa principalmente della loro naturale capacità a nuotare nel tratto riproduttivo femminile. A tal proposito, recentemente, è stata messa a punto una nuova tecnologia (lo spermbot) in grado di sfruttare la propulsione della cellula spermatica e di veicolare i farmaci direttamente nel sito d’interesse.

Funzionamento

Lo spermbot è composto da una cellula spermatica mobile portatrice del farmaco che funge da fonte propulsiva e da un microelemento tubolare magnetico in plastica rivestito in ferro composto da quattro bracci (micromotore tetrapode) che assistono lo spermatozoo nella fase di rilascio del farmaco (fig. 1). Attraverso un’assistenza di tipo magnetico, il micromotore è guidato nel tratto riproduttivo femminile verso le cellule tumorali, evitando l’accumulo di farmaci nei tessuti sani.

Spermbot
Figura 1. Fonte: ACS Nano 2018, 12, 1, 327-337.

I vantaggi degli spermbot

I vantaggi derivati dall’utilizzo di questi spermatozoi assistiti sono molteplici e possono essere così riassunti:

  • naturale predisposizione al nuoto nel tratto riproduttivo femminile;
  • elevata capacità di incapsulamento di farmaci idrofili con affinità per il DNA;
  • assenza di reazioni immunitarie indesiderate, degradazioni enzimatiche, diluizioni con fluidi corporei o rilascio prematuro del farmaco grazie alla membrana protettiva dello spermatozoo;
  • elevata capacità di fusione con le cellule grazie alle proteine di membrana;
  • sfruttamento del flagello spermatico come motore biologico;
  • assenza di produzione di proteine patogene e mancanza di proliferazione cellulare;
  • capacità di rimanere funzionalmente attivi all’interno dell’ospite per un tempo maggiore rispetto ad altre cellule.

Spermbot per il trattamento dell’infertilità maschile

La veicolazione in situ degli spermbot potrebbe essere utilizzata anche per il trattamento dell’infertilità maschile, sopratutto per i casi di bassa motilità spermatica (astenospermia), con il vantaggio di mantenere la fecondazione nel suo ambiente naturale e aumentare i tassi di gravidanza. L’obbiettivo, per ora piuttosto remoto, riguarda la possibilità di applicare questa tecnologia direttamente nelle tube di Falloppio, evitando la complessità della fecondazione in vitro. Grazie a questa tecnica, sarà possibile visionare con imaging biomedico il percorso degli spermatozoi nel tratto riproduttivo femminile, in modo da comprendere meglio i casi di infertilità e migliorare l’efficacia della fecondazione assistita in vivo.

I limiti della tecnica

È da tener presente presente che lo spermbot è ancora in una fase sperimentale e non ha attualmente applicazioni in vivo a causa di diverse limitazioni come ad esempio la capacità di operare su una singola cellula spermatica per volta. A questo proposito, i ricercatori stanno progettando dei sistemi per aumentare il numero di cellule controllate, evitando reazioni immunologiche o di altro genere. In ogni caso, l’assistenza magnetica debole, le tecniche di imaging poco sensibili, l’attaccamento di microbi dannosi sulla cellula spermatica e le difficoltà del controllo temporale dei fenomeni di capacitazione e di reazione acrosomiale, sono solo alcune delle limitazioni pratico-applicative che si possono riscontrare e che confinano l’utilizzo di questa tecnologia solo a procedure sperimentali.

Conclusioni

La tecnologia dello spermbot è ancora in una fase di studio ma presenta delle ottime potenzialità che fanno ben sperare per il futuro. Questa nuova tecnologia potrebbe essere utilizzata non solo per il trattamento antitumorale in situ, ma anche per il trattamento dell’infertilità maschile e la cura di malattie croniche complesse come l’endometriosi. Per di più, in ambito biomedico, gli spermbot caricati potrebbero essere una valida alternativa per il trasporto di geni e agenti di contrasto. È auspicabile che in futuro, con l’avanzamento tecnologico di questo settore, lo spermbot potrà essere utilizzato per studi e applicazioni cliniche.

Bibliografia

  • Haifeng Xu et al. Sperm-Hybrid Micromotor for Targeted Drug DeliveryACS Nano, 2018, 12 (1), pp 327-337.
  • Mariana Medina-Sánchez et al. Cellular Cargo Delivery: Toward Assisted Fertilization by Sperm-Carrying Micromotors, Nano Letters, 2016, 16 (1), pp 555-561.
  • Veronika Magdanza, Oliver G. Schmidt, Spermbots: potential impact for drug delivery and assisted reproductive technologies, Expert Opinion on Drug Delivery, 2014, 11 (8), pp 1125-1129.
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