Microrobot medici nella medicina riproduttiva dal banco alla clinica

Nature Communications volume 14, numero articolo: 728 (2023) Citare questo articolo

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La microrobotica medica è un campo emergente che mira alla diagnosi e alla terapia non invasiva all’interno del corpo umano attraverso sensori e attuatori miniaturizzati. Tali microrobot possono essere vincolati (ad esempio, microcateteri intelligenti, microendoscopi) o non vincolati (ad esempio, sistemi di somministrazione di farmaci basati su cellule). Il movimento attivo e le molteplici funzionalità, che distinguono i microrobot dai semplici vettori passivi e dalle nanomedicine convenzionali, possono essere ottenuti attraverso il controllo esterno con campi fisici come il magnetismo o gli ultrasuoni. Qui diamo una panoramica delle principali sfide nel campo della riproduzione assistita e di come queste nuove tecnologie potrebbero, in futuro, consentire la fecondazione assistita in vivo e migliorare l’impianto degli embrioni. Come caso di studio, descriviamo un potenziale intervento in caso di fallimento ricorrente dell'impianto di embrioni, che prevede il trasferimento non invasivo di un embrione precoce al sito di fecondazione utilizzando microrobot controllati magneticamente. Poiché l'embrione sarà in contatto con il fluido secretorio dell'ovidotto, potrà svilupparsi in condizioni naturali e in sincronia con la preparazione dell'endometrio. Discutiamo i potenziali progetti di microrobot, inclusa un'adeguata selezione di materiali e processi, immaginando la loro traduzione dagli studi al banco agli studi sugli animali e alla medicina umana. Infine, evidenziamo le considerazioni normative ed etiche per portare questa tecnologia in clinica.

L’infertilità è un problema che colpisce 48,5 milioni di coppie in tutto il mondo1. Le possibili cause del fattore femminile sono disturbi ovulatori, disfunzione tubarica, endometriosi, fattori uterini e/o cervicali. Il fattore maschile è solitamente causato da una scarsa qualità dello sperma (p. es., bassa motilità, morfologia anormale o conteggio basso), che diminuisce la possibilità di fecondare l'ovocita in vivo. I comuni trattamenti per l'infertilità esistenti comprendono la stimolazione ormonale a basso costo e minimamente invasiva e l'inseminazione intrauterina, la fecondazione in vitro (IVF) o l'iniezione intracitoplasmatica di spermatozoi (ICSI), che sono indicati se viene diagnosticata l'infertilità tubarica o l'infertilità maschile grave. L'applicazione di queste tecniche è rapidamente aumentata grazie al miglioramento dei protocolli e alle migliori tecniche di selezione dei gameti, suggerite dalle linee guida internazionali2, raggiungendo tassi di fecondazione di circa il 95%3. Tuttavia, i tassi di impianto per ICSI e IVF sono ancora compresi tra il 17 e il 21% (dopo il terzo giorno) e diminuiscono con l'età del paziente4. Questi tassi sono migliorati ulteriormente negli ultimi anni, dopo una prolungata coltivazione di embrioni in vitro (fino al 5° giorno), raggiungendo tassi di gravidanza del 42–47%5. Tuttavia, la probabilità di ottenere blastocisti di alta qualità è ancora bassa e dipende dalla necessità di recuperare un numero elevato di ovociti con stimolazione ormonale, ma anche con tecniche avanzate di valutazione della qualità, utilizzando l’apprendimento automatico, il tasso di impianto per embrione con qualità ottimale è ancora non superiore al 57,5%6.

Questi bassi tassi di gravidanza degli embrioni trasferiti ottenuti mediante fecondazione in vitro e ICSI potrebbero essere causati dallo stress a cui sono esposti i gameti durante la manipolazione in vitro7. Anche fattori legati allo stile di vita, malattie, anomalie uterine o endometriali o fattori embrionali potrebbero avere un impatto. Anche le differenze nei protocolli di laboratorio IVF hanno mostrato un'influenza sul successo di ciascun trattamento8. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, non viene trovata alcuna spiegazione apparente. Per questi problemi medici, è stato dimostrato che il trattamento della lesione endometriale, la modifica del protocollo di stimolazione, il trasferimento dell'embrione allo stadio di blastocisti e/o la schiusa assistita possono essere d'aiuto9.

In particolare, per i fallimenti ricorrenti dell'impianto di embrioni, un metodo promettente nei primi anni dopo l'introduzione della fecondazione in vitro10 è stato il trasferimento intrafallopicale di gameti/zigoti (GIFT/ZIFT) mediante laparoscopia11. Questa tecnica è stata abbandonata dopo che la fecondazione extracorporea con IVF e ICSI è stata migliorata e le condizioni di coltura nei moderni laboratori di fecondazione in vitro hanno mostrato tassi di formazione di embrioni più elevati. Tuttavia, GIFT e ZIFT sono ancora considerati vantaggiosi in quanto offrono un ambiente fisiologico appropriato per la fecondazione e/o lo sviluppo embrionale e una sincronizzazione ottimale tra la preparazione embrionale e quella endometriale. Questa procedura ha dimostrato per alcuni casi di RIF tassi di gravidanza più elevati12, ma in un metastudio, comprendente tre casi di ZIFT, non è stato osservato alcun miglioramento evidente nel tasso di nati vivi13. In generale, è noto che il successo della tecnica dipende dall'esperienza del chirurgo e dal protocollo applicato, che differisce tra i laboratori di fecondazione in vitro. Anche il metodo tradizionale è piuttosto invasivo, richiede l'anestesia e può avere effetti avversi14. Tuttavia, tecniche meno invasive di ZIFT come ZIFT/GIFT microrobotico possono portare a risultati migliori.