Innovazioni tecnologiche biomediche

Le innovazioni scientifico-tecnologiche al servizio della medicina per migliorare la qualità della vita delle persone

Dalla robotica alla stampa 3D, dalla biologia sintetica alla realtà virtuale, dall’ingegneria biomedica alle nanotecnologie: l’evoluzione della medicina è, e sarà, strettamente legata alle tecnologie all’avanguardia. La combinazione di discipline quali anatomia, biologia molecolare, chimica, ingegneria, meccanica, elettronica (e non solo) permetterà di fare un ulteriore passo avanti. Parliamo di dispositivi medici in grado di migliorare la qualità della vita dei pazienti, di rendere meno invasive le pratiche chirurgiche, di aumentare l’aderenza alle terapie, di semplificare alcune procedure complesse e di facilitare la diagnosi.

Facendo un immaginario salto indietro a fine ‘800, con l’introduzione dell’elettricità e dei raggi X inizia l’era della diagnostica per immagini, fino ad allora sconosciuta. Negli anni ’30 del Novecento viene inventata la tomografia e, 50 anni più tardi, questa tecnica incontra l’informatica e dà origine alla tomografia assiale computerizzata (TAC). Negli ultimi decenni si sono aggiunte la risonanza magnetica nucleare (RMN), la tomografia a emissione di positroni (PET), la tomografia a emissione di fotone singolo (SPECT). Oggi l’intelligenza artificiale è in grado di fornire una prima diagnosi “guardando” una di queste immagini. Questo è solo un esempio. La velocità con cui la tecnologia sta rivoluzionando la medicina è sempre maggiore e la tecnologia è la forza trainante di questo processo.

Sono stati creati dei mini-organi per la sperimentazione diretta sulle cellule umane, si stanno studiando gli xenotrapianti, i robot hanno già trovato il loro posto in chirurgia e stanno evolvendo ancora, la stampa 3D utilizza tessuti biocompatibili per essere applicata in medicina, i dispositivi si fanno più piccoli e precisi, migliorando la chirurgia e la riabilitazione. Il progresso scientifico-tecnologico ha il piede sull’acceleratore e rende fattibili procedimenti che fino a qualche anno fa sembravano impossibili. Scienza e tecnica devono essere strumento dell’uomo, un aiuto e un supporto, senza però rischiare di sostituire le sue competenze uniche, come ad esempio quelle socio-emozionali. L’obiettivo è utilizzarle al meglio delle nostre capacità, per trarne il maggior numero di benefici.

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aritmia

L’elettrodo a base di idrogel può essere iniettato nelle vene cardiache e rilasciare impulsi nei ventricoli, dove i metodi tradizionale non arrivano. La strategia è stata testata su modelli animale

Quando il cuore batte in maniera irregolare, uno shock elettrico può ripristinare la normale frequenza cardiaca. Gli elettrodi in metallo, però, non riescono ad arrivare alle camere più basse del cuore, i ventricoli, si fermano invece negli atri dove la loro efficacia è solo parziale. Ma, come riportato in un articolo su Science, i recenti risultati, presentati lo scorso marzo allo Spring Meeting dell’American Chemical Society (ACS) 2022, aprono la strada ad una soluzione. I ricercatori dell’Università del Texas hanno realizzato un elettrodo iniettabile partendo da due soluzioni liquide che formano un cavo di plastica flessibile in grado di raggiungere anche i ventricoli e di generare impulsi meno forti (e meno dolorosi per i pazienti). Lo hanno testato con successo sul cuore danneggiato di un maiale, ristabilendo il ritmo cardiaco.

Farmaci

In un futuro non troppo lontano, i microrobot potranno navigare nel nostro organismo svolgendo importanti funzioni per la salute, come veicolare i farmaci o rimuovere trombi

Un esercito di microrobot si fa strada negli angoli più reconditi del corpo umano, armato di un carico di farmaci che rilascerà solo nell’organo bersaglio. Sembra quasi la trama di “Fantastic Voyage”, la pellicola del 1966 diretta da Richard Fleisher. Nel film, un sottomarino in miniatura, guidato da un equipaggio microscopico, aveva la missione di sciogliere un trombo nel cervello del protagonista. Ma anche nel mondo reale, è sempre più concreta la possibilità di mandare nanomacchine a propulsione attiva nel corpo umano per raggiungere i bersagli più difficili, come i tumori solidi. E non ci sarà bisogno di miniaturizzare un equipaggio per guidarle, ma potranno essere controllate dall’esterno per mezzo di campi magnetici o di motori molecolari. Un articolo di Anthony King e pubblicato a fine marzo su Nature fa il punto su questa tecnologia.

Spina dorsale

Un avveniristico dispositivo per la stimolazione elettrica epidurale ha permesso a tre pazienti con una lesione del midollo spinale di recuperare le funzioni motorie e riprendere a camminare 

Una sera di cinque anni fa, mentre rincasava dal lavoro in sella alla sua moto, Michel Roccati è stato coinvolto in un incidente stradale nel quale ha riportato una lesione del midollo spinale che lo ha lasciato sulla sedia a rotelle. Ecco perché hanno del miracoloso le immagini diffuse dalla stampa qualche settimana fa che lo ritraggono mentre cammina per le strade di Losanna. Il “miracolo” è stato possibile grazie a un innovativo dispositivo per la stimolazione elettrica epidurale sviluppato dai ricercatori del Politecnico di Losanna (Svizzera). A raccontare questa straordinaria storia a Osservatorio Terapie Avanzate sono lo stesso  Michel Roccati e Nicolò Macellari, ricercatore del Politecnico e del programma NeuroRestore, che punta allo sviluppo di applicazioni bioingegneristiche per ripristinare la funzionalità dei nervi lesionati.

gruppi sanguigni

Grazie alla perfusione ex-vivo, i ricercatori hanno modificato il gruppo sanguigno di un polmone prelevato da un donatore di tipo A al tipo 0, che può essere donato a qualsiasi persona

L’attesa di un trapianto è una corsa contro il tempo e contro la scarsità di organi, soprattutto per i pazienti con il gruppo sanguigno 0, che possono ricevere un organo solo da una persona con lo stesso gruppo. I ricercatori della British Columbia University (Canada) hanno ideato un metodo per ottenere polmoni "universali", usando una coppia di enzimi che convertono le cellule che determinano il gruppo sanguigno da A in 0 (abbiamo parlato di gruppo sanguigno universale anche qui). Hanno condotto i test sull’organo prelevato da un donatore, grazie a una tecnica chiamata perfusione ex-vivo, e hanno simulato un trapianto perfondendo i polmoni con un plasma di gruppo 0 – che non ha causato alcuna reazione di rigetto. Secondo l’articolo pubblicato a febbraio su Science Translational Medicine, questo sistema può aumentare la quantità di organi e ridurre i tempi di attesa per i trapianti.

Innovazioni

Secondo la rivista Nature sono 7 le tecnologie a cui prestare attenzione, perché potrebbero cambiare il modo di fare scienza. La maggior parte rientrano nell’ambito delle biotecnologie

Il 2022 è appena iniziato, e per la ricerca scientifica si prefigura un anno ricco di novità. Per il quinto anno consecutivo, la famosa rivista Nature ha selezionato le 7 innovazioni tecnologiche che "scuoteranno" il mondo della scienza nei prossimi mesi e probabilmente anche negli anni a seguire. Protagoniste incontrastate della rassegna sono le biotecnologie per il sequenziamento o la manipolazione del genoma a scopo terapeutico o diagnostico – ma anche le nuovissime tecniche per determinare la struttura delle proteine, il quantum computing e le indagini multiomiche. Di seguito, vi riportiamo alcune delle tecnologie riportate nell’articolo di Nature, a firma Michael Eisenstein.

Nanocristalli di cellulosa

L’ingegnosa strategia si basa su filamenti di cellulosa che, posti all’estremità dei nanocristalli, catturano i farmaci chemioterapici in eccesso. I risultati sperimentali sono sorprendenti

Per la maggior parte dei tumori, la chemioterapia rimane ancora la scelta migliore di trattamento. Questi farmaci, però, causano effetti collaterali gravi, che diminuiscono la qualità di vita dei pazienti. Un gruppo di ricerca statunitense ha messo a punto un nuovo nanomateriale per la cattura dei chemioterapici somministrati localmente, prima del loro ingresso nella circolazione sistemica. La strategia è basata su una particolare forma di nanocristalli di cellulosa, ingegnerizzati per catturare il maggior numero di molecole di farmaco, senza effetti collaterali sulle altre cellule. La sua efficacia è fino al 3200% maggiore rispetto ad altri approcci disponibili. I risultati sono pubblicati sulla rivista scientifica Materials Today Chemistry.

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