Realizzato primo impianto elettronico che si dissolve nel corpo

Un gruppo di scienziati USA ha sviluppato il primo impianto elettronico in grado di essere assorbito dal corpo: si tratta di un impianto biodegradabile senza fili che accelera la rigenerazione dei nervi migliorando la guarigione di quelli danneggiati.

Introduzione

In uno studio sui ratti, sottoposti a intervento chirurgico per riparare dei nervi danneggiati, un gruppo di ricercatori della Northwestern University ha impiantato il dispositivo elettronico ottenendo dei risultati molto promettenti. Attraverso la trasmissione di impulsi elettrici regolari ai nervi periferici danneggiati l’impianto ha accelerato la ricrescita dei nervi nelle zampe dei ratti potenziando il recupero della forza muscolare e del controllo.

Grande come una moneta, sottile come un foglio di carta

Il dispositivo senza fili, grande come una moneta e sottile come un foglio di carta, funziona per circa due settimane prima di essere assorbito naturalmente dal corpo. Il dispositivo si dissolve completamente in circa 25 giorni.

Immagine - Immagine del prototipo dell'impianto elettronico assorbibile dal corpo (Credit: Northwestern)

Gli scienziati ipotizzano che tali tecnologie potrebbero un giorno affiancarsi o sostituirsi ai trattamenti farmacologici per un ampio spettro delle condizioni mediche degli esseri umani.

Medicina elettronica bioassorbibile, riduzione dei rischi e degli effetti collaterali

Questo tipo di tecnologia denominata dai ricercatori come «una medicina elettronica bioassorbibile» fornisce trattamenti durante un periodo di tempo rilevante direttamente nella zona interessata, ciò riduce gli effetti collaterali o i rischi associati che si possono avere con gli impianti permanenti convenzionali.

Si apre un nuovo scenario

«Questi sistemi ingegnerizzati sono in grado di fornire funzioni terapeutiche attive secondo un un dosaggio programmabile dissolvendosi naturalmente nel corpo senza lasciare traccia» scrive il co-autore john A. Rogers, professore di Scienze dei materiali e Ingegneria presso la facoltà di ingegneria biomedica e neurochirurgia della scuola di ingegneria mcCormick Northwestern University Feinberg.

«Questo approccio alla terapia ci permette di pensare a delle opzioni che vanno oltre i farmaci e la chimica», prosegue il ricercatore.

Una nuova opzione terapeutica per i pazienti che hanno subito lesioni ai nervi?

Nonostante i ricercatori non abbiamo ancora testato il dispositivo sugli esseri umani, i risultati potrebbero fornire un’altra opzione terapeutica per i pazienti che hanno subito lesioni ai nervi. Nei casi in cui è necessario affrontare un intervento chirurgico la pratica clinica standard prevede di utilizzare una stimolazione elettrica durante l'intervento chirurgico per aiutare la guarigione. Ma fino ad ora i medici non sono stati in grado di fornire un mezzo in grado di accelerare il processo di recupero e guarigione in maniera continua anche dopo l’intervento chirurgico.

Video - Researchers develop medical device that dissolves in the body

La stimolazione elettrica viene già utilizzata durante gli interventi chirurgici

«Sappiamo che la stimolazione elettrica durante gli interventi chirurgici aiuta ma nel momento in cui l’operazione chirurgica viene completata la finestra per poter intervenire si chiude» scrive il co-autore senior Wilson "Zack" Ray, professore associato di Neurochirurgia e di Ingegneria biomedica presso l’Università di Washington, Saint Louis.

«Attraverso questo dispositivo, abbiamo dimostrato che la stimolazione elettrica fornita con una determinata pianificazione può migliorare ulteriormente il recupero dei nervi», aggiunge il ricercatore.

Video Neuroregenerative electronic "medicine"

Nel corso degli ultimi otto anni, il team del prof. Rogers ha sviluppato una gamma completa di materiali elettronici, progetti di dispositivi e tecniche per la produzione di dispositivi biodegradabili con un ampio spettro di opzioni che possiedono il potenziale per affrontare le esigenze mediche insoddisfatte.

Nel momento in cui Ray e i suoi colleghi della Washington University hanno individuato il bisogno di elaborare delle terapie basate sulla stimolazione elettrica per accelerare la guarigione delle ferite, il team di Rogers della Northwestern University ha progettato e sviluppato un dispositivo sottile e flessibile che avvolge un nervo danneggiato e fornisce impulsi elettrici in determinati intervalli di tempo selezionati prima che il dispositivo venga assorbito in maniera innocua dal corpo.

Un trasmettitore al di fuori del corpo, che agisce in maniera molto simile a una stazione di ricarica di un cellulare, controlla il dispositivo in modalità wireless. Rogers e il suo team hanno lavorato a stretto contatto con il team dell'Università di Washington durante il processo di sviluppo del dispositivo e la convalida degli animali utilizzati negli esperimenti.

I ricercatori dell'università di Washington hanno studiato il dispositivo elettronico bioassorbibile sui ratti con lesioni ai nervi sciatici. Questi nervi inviano segnali su e giù per le zampe e controllano i muscoli dei tendini posteriori del ginocchio e quelli della coscia e delle zampe.

Gli scienziati hanno usato il dispositivo per fornire stimoli elettrici ai ratti per un'ora al giorno per  una durata di uno, tre, sei giorni oppure nessuna stimolazione elettrica. Dopo tale stimolazione il recupero dei ratti è stato controllato durante le 10 settimane successive.

Oltre il sistema nervoso

I risultati mostrano che qualsiasi stimolazione elettrica funzionava meglio dell’assenza di stimolazione nell’aiutare i ratti a recuperare massa e forza muscolare. Inoltre, i ratti che hanno ricevuto una stimolazione elettrica per più giorni hanno recuperato più rapidamente e in maniera  completa la trasmissione dei segnali attraverso i nervi e la resistenza muscolare. Per quanto riguarda il riassorbimento del dispositivo i ricercatori non hanno trovato effetti biologici negativi.

«Prima di questo studio, non eravamo sicuri che la stimolazione per un periodo di tempo più lungo avrebbe fatto la differenza, ora che sappiamo che la fa, possiamo iniziare a cercare il lasso di tempo ideale per massimizzare il recupero» scrive Ray. «Se avessimo fornito la stimolazione elettrica per 12 giorni invece di 6, ci sarebbe stato un maggior beneficio terapeutico? Forse. Si tratta di quello che stiamo verificando adesso».

Variando la composizione e lo spessore dei materiali nel dispositivo, Rogers e i suoi colleghi sono stati in grado di controllare il numero preciso di giorni in cui l’impianto rimane operativo prima di venir assorbito dal corpo.

Possibile evoluzione del dispositivo

Le nuove versioni del dispositivo potranno fornire gli impulsi elettrici per settimane prima dell’assorbimento da parte del corpo. La capacità del dispositivo di essere assorbito dal corpo si sostituisce ad un secondo intervento chirurgico per rimuovere un dispositivo non biodegradabile, eliminando in tal modo ulteriori rischi per il paziente.

«Noi abbiamo ingegnerizzato i dispositivi in modo da farli scomparire», scrive Rogers. «Questa nozione di dispositivi elettronici transitori ha rappresentato argomento di profondo interesse per il mio gruppo di ricerca per quasi 10 anni, si tratta di una grande conquista per la scienza dei materiali, in un certo senso. Siamo entusiasti perché ora abbiamo i pezzi, i materiali, i dispositivi, gli approcci di fabbricazione, i concetti di ingegneria a livello di sistema per poter sfruttare questi concetti secondo delle modalità che potrebbero avere rilevanza per le grandi sfide nella salute umana».

Lo studio  ("Wireless bioresorbable electronic system enables sustained nonpharmacological neuroregenerative therapy") ha anche mostrato che il dispositivo può funzionare come un pacemaker temporaneo e come interfaccia per il midollo spinale e altri siti di stimolazione in tutto il corpo. Questi risultati suggeriscono il vasto campo di utilità che va oltre il sistema nervoso periferico.