La biologia incontra la robotica al WEF Cina

Concentrandosi sulla ricerca trasformativa che fonde la tecnologia con il mondo fisico, biologico e digitale, i professori dell'ETH di Zurigo hanno fornito ieri, in occasione dell'incontro annuale dei Nuovi Campioni del World Economic Forum, una panoramica sui progressi tecnologici in campo medico. Durante la sessione dell'Ideas Lab a Tianjin, in Cina, i professori dell'ETH Martin Fussenegger, Brad Nelson e Viola Vogel hanno parlato dell'interfaccia tra biologia, fisica e ingegneria. In qualità di Giovani scienziati e Global Shapers, la professoressa Gabriela Hug e il dottorando Epameinondas (Epa) Gousopoulos sono stati tra i 150 esperti accademici invitati al WEF Cina.

Il potere di guarigione del cervello

Rivelando l'affascinante potere del cervello umano, Martin Fussenegger ha presentato come i segnali elettrici dei nostri pensieri possano produrre proteine terapeutiche nel nostro corpo. Fussenegger, professore di biotecnologia e bioingegneria presso l'ETH di Zurigo, ha condiviso i risultati delle ricerche del suo team in optogenetica, una scienza che utilizza la luce per attivare l'espressione genica. Ha spiegato che le onde cerebrali registrate dei soggetti che hanno adottato uno specifico stato mentale - concentrandosi su un gioco al computer o meditando sulle loro recenti vacanze, per esempio - hanno acceso il LED a infrarossi in un impianto senza fili che regola a distanza il livello di una proteina terapeutica nel flusso sanguigno di un animale.

Fussenegger ha anticipato che un giorno potremo utilizzare il nostro orologio "intelligente" come dispositivo elettro-genetico per l'intervento terapeutico del dolore cronico, dell'epilessia e delle malattie di Alzheimer e Parkinson. "Alla fine un paziente sarà in grado di controllare il livello di una proteina terapeutica nel suo flusso sanguigno con la propria mente", ha detto Fussenegger.

La nostra battaglia contro i batteri

Se la terapia mente-corpo può essere un'idea allettante, è più difficile comprendere che ogni giorno nel nostro corpo si svolge una battaglia di proporzioni epiche. Si stima che 35 trilioni di cellule umane combattano circa lo stesso numero di batteri in rapida divisione. Mentre alcuni batteri sintetizzano molecole "buone", i batteri patogeni tentano continuamente di invaderci. Viola Vogel, vicedirettore del Dipartimento di Scienze e Tecnologie per la Salute dell'ETH di Zurigo, ha parlato durante il WEF China Ideas Lab della lotta fisica delle nostre cellule immunitarie contro i batteri. I macrofagi, cellule immunitarie simili a Pac-Man, cercano, afferrano e raschiano letteralmente i batteri in apertura delle superfici prima di poterli inghiottire. Se i batteri sono esposti ad alcuni antibiotici a concentrazioni troppo basse per ucciderli, l'E-coli cresce in lunghi filamenti rendendo difficile il lavoro dei macrofagi.

Il gruppo di ricerca di Vogel studia il comportamento di caccia dei macrofagi e collabora con i ricercatori del Dipartimento di Robotica e Sistemi Intelligenti dell'ETH di Zurigo per testare trappole magnetiche per i batteri. La ricercatrice afferma: "La comprensione degli aspetti meccanici su micro e nanoscala può aiutarci a capire gli effetti collaterali imprevisti dei farmaci comunemente usati e a scoprire nuove strategie per combattere le infezioni batteriche".

Ispirato dalla Salmonella

""Quando gli ingegneri affrontano un problema, guardano alla natura per trovare ispirazione", ha dichiarato Brad Nelson. Nelson, professore dell'Istituto di Robotica e Sistemi Intelligenti, e il suo team si concentrano sullo sviluppo, la produzione e le applicazioni di micro e nano robot. La progettazione di robot su scala micro e nano ha richiesto che Nelson e il suo team guardassero alla natura per superare gli apparenti limiti della fisica. Durante l'Ideas Lab al WEF China, Nelson ha spiegato come la flagella, un'appendice simile a una coda, renda batteri come l'E. coli e la Salmonella degli accaniti nuotatori. "La natura ha inventato il motore rotante", ha detto Nelson, che ha avuto l'ispirazione per sviluppare minuscoli flagelli artificiali a forma di cavatappi spinti da un campo magnetico mille volte meno forte di una risonanza magnetica. Nelson prevede che nei prossimi dieci anni i nano robot - così piccoli che circa 30 milioni potrebbero essere contenuti in una sola goccia d'acqua - forniranno farmaci mirati e terapie con cellule staminali a cellule specifiche del corpo. Attualmente, la ricerca brevettata da Nelson ha portato a un approccio clinico per guidare minuscoli cateteri nel cuore.

Giovani scienziati e creatori di benessere

Il WEF riunisce anche una comunità di Giovani Scienziati e Global Shapers che sono tra le menti più innovative del mondo. Gabriela Hug, nuovo professore del Dipartimento di Tecnologia dell'Informazione e Ingegneria Elettrica dell'ETH di Zurigo, ha parlato a un forum di giovani scienziati a Tianjin di come sia possibile ottimizzare il sistema elettrico riducendo al minimo i costi nel passaggio verso un'energia rinnovabile e sostenibile (vedi articolo in tedesco o in inglese su Notizie ETH).

Dottorando in Chimica e Bioscienze applicate presso l'ETH di Zurigo, Epa Gousopoulos è stato coinvolto nel programma Global Shapers durante l'incontro annuale dei Nuovi Campioni. Gousopoulos difenderà la sua ricerca sul linfedema, una complicanza debilitante del trattamento post-cancro, dopo il WEF. Appassionato di medicina traslazionale, mira a chiarire i meccanismi biologici che portano alle complicazioni che spesso seguono i trattamenti per il cancro al seno e ginecologico.