WI-FI nel sangue?

Le macchine informatiche biologiche, come i micro e nano-impianti in grado di raccogliere informazioni importanti all’interno del corpo umano, stanno trasformando la medicina. Tuttavia, il loro collegamento in rete per la comunicazione si è rivelato difficile. Ora un team mondiale, che comprende anche ricercatori dell’EPFL, ha sviluppato un protocollo che consente di creare una rete molecolare con più trasmettitori.

Nota della curatrice: “La gente pensa che sia fantascienza, ma si sta rapidamente trasformando in una realtà scientifica”, dice lo scienziato. Sì, sta venendo fuori una realtà frankensteiniana. Ray Kurzweil sogna l’immortalità grazie a queste tecnologie.

Non dobbiamo dimenticare, in generale, che se “meraviglie” come queste vengono raccontate e pubblicizzate “a nostro beneficio”, l’ambito militare è già abbastanza “avanti” e gli interessi reali sono ben altri.“Polvere intelligente diabolica sparsa ovunque come confetti” – le ultime parole di Julian Assange prima che la sua connessione a Internet e il contatto con il mondo fosse definitivamente interrotta Gli ultimi minuti dell’ultima intervista di Julian, nella quale menziona nano-particelle di “diabolica polvere intelligente”, attivate e interagenti con il mare di radiazioni elettromagnetiche nel quale siamo immersi, e connesse con una intelligenza artificiale … VEDI QUI ...

Prima c’era l’Internet delle cose (IoT) e ora, all’interfaccia tra informatica e biologia, l’Internet delle bio-nano cose (IoBNT) promette di rivoluzionare la medicina e l’assistenza sanitaria. 

L’IoBNT si riferisce a biosensori che raccolgono ed elaborano dati, a Labs-on-a-Chip su scala nanometrica che eseguono test medici all’interno del corpo, all’uso di batteri per progettare nano-macchine biologiche in grado di rilevare agenti patogeni e a nano-robot che nuotano nel flusso sanguigno per eseguire la somministrazione di farmaci e trattamenti mirati.

“Nel complesso, si tratta di un campo di ricerca molto, molto eccitante”, ha spiegato il professore assistente Haitham Al Hassanieh, responsabile del Laboratorio di sistemi di rilevamento e di rete della Scuola di scienze informatiche e della comunicazione (IC) dell’EPFL. “Con i progressi della bioingegneria, della biologia sintetica e delle nanotecnologie, l’idea è che i nano-biosensori rivoluzioneranno la medicina perché possono raggiungere luoghi e fare cose che i dispositivi attuali o gli impianti più grandi non possono fare”, ha continuato.

Tuttavia, per quanto entusiasmante sia questo campo di ricerca all’avanguardia, rimane una sfida enorme e fondamentale: quando si ha un nano-robot nel corpo di una persona, come si fa a comunicare con lui? 

Le tecniche tradizionali, come le radio wireless, funzionano bene per impianti di grandi dimensioni come pacemaker o defibrillatori, ma non possono essere scalate a micro e nano-dimensioni, e i segnali wireless non penetrano attraverso i fluidi corporei.

Ecco che entra in gioco quella che viene chiamata comunicazione biomolecolare, ispirata al corpo stesso. 

Non utilizza le onde elettromagnetiche ma le molecole biologiche sia come vettori che come informazioni, imitando i meccanismi di comunicazione esistenti in biologia. Nella sua forma più semplice, codifica i bit “1” e “0” rilasciando o meno particelle molecolari nel flusso sanguigno, in modo simile all’ON-OFF-Keying delle reti wireless.

“La comunicazione biomolecolare è emersa come il paradigma più adatto per collegare in rete i nano-impianti. È un’idea incredibile quella di poter inviare dati codificandoli in molecole che poi attraversano il flusso sanguigno e con le quali possiamo comunicare, guidandole su dove andare e quando rilasciare i loro trattamenti, proprio come gli ormoni”, ha detto Al Hassanieh.

Recentemente, Al Hassanieh e il suo team, in collaborazione con ricercatori statunitensi, hanno presentato il documento Towards Practical and Scalable Molecular Networks (Verso reti molecolari pratiche e scalabili) all’ACM SIGCOMM 2023, una delle principali conferenze annuali sulla comunicazione dei dati, in cui hanno illustrato il loro protocolloMoMA (Molecular Multiple Access) che consente una rete molecolare con trasmettitori multipli.

“La maggior parte delle ricerche esistenti è molto teorica e non funziona perché le teorie non tengono conto della biologia”, ha spiegato Al Hassanieh. “Per esempio, ogni volta che il cuore pompa c’è un jitter e il corpo cambia il suo canale di comunicazione interno. La maggior parte delle teorie esistenti presuppone che il canale su cui vengono inviate le molecole sia molto stabile e non cambi. In realtà cambia molto velocemente”.

In MoMA, il team ha introdotto schemi di rilevamento dei pacchetti, stima del canale e codifica/decodifica che sfruttano le proprietà uniche delle reti molecolari per affrontare le sfide esistenti. Hanno valutato il protocollo su un banco di prova sperimentale sintetico – vasi sanguigni emulati con tubi e pompe – dimostrando che può scalare fino a quattro trasmettitori, superando in modo significativo le prestazioni della tecnologia più avanzata.

I ricercatori riconoscono che il loro attuale banco di prova sintetico potrebbe non cogliere tutte le sfide associate alla progettazione di protocolli per le reti molecolari e che per ottenere reti molecolari pratiche e utilizzabili sono necessari test in vivo di microimpianti e microfluidi in laboratori umidi. Tuttavia, ritengono di aver fatto i primi passi verso questa visione e che le loro intuizioni per la progettazione di reti molecolari saranno valide, poiché i modelli di diffusione e di dinamica dei fluidi alla base del loro banco di prova sono fondamentali per la comunicazione molecolare.

“Sono molto entusiasta di questo settore perché è una nuova forma di comunicazione. Siamo un gruppo di sistemisti, ci piace costruire cose e farle funzionare. C’è voluto del tempo per sviluppare le competenze che abbiamo nella comunicazione biomolecolare, ma ora siamo nella fase in cui stiamo trovando collaboratori e possiamo mettere in moto le cose. La gente pensa che sia fantascienza, ma si sta rapidamente trasformando in realtà scientifica”, ha concluso Al Hassanieh.
Autore: Tanya Petersen
Fonte: EPFL EPFL
Traduzione a cura di Nogeoingegneria

Fonte: www.nogeoingegneria.com