L'ingegneria biomedica avanza a passi da gigante con innovazioni che trasformano la medicina per come la conosciamo. I ricercatori della Northwestern University hanno sviluppato un pacemaker temporaneo straordinariamente piccolo e biodegradabile e alimentato dai fluidi corporei
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Un pacemaker straordinariamente piccolo è stato sviluppato dai ricercatori della Northwestern University, in Illinois. L'innovativo dispositivo medico promette di rivoluzionare i trattamenti cardiaci, soprattutto per i pazienti più vulnerabili.
Più piccolo di un chicco di riso, il dispositivo rappresenta un significativo progresso nella miniaturizzazione medica. Le sue dimensioni ridotte, appena 1,8 millimetri di larghezza, 3,5 millimetri di lunghezza e 1 millimetro di spessore, consentono la sua introduzione nel corpo dei pazienti attraverso una siringa in modo non invasivo.
"Abbiamo sviluppato quello che, a nostra conoscenza, è il pacemaker più piccolo del mondo", afferma John Rogers, pioniere della bioelettronica alla Northwestern e leader dello sviluppo del dispositivo.
"C'è un bisogno di pacemaker temporanei nel contesto della chirurgia cardiaca pediatrica e questo è un caso d'uso in cui la miniaturizzazione delle dimensioni è incredibilmente importante".
Focus sui pazienti pediatrici
Questo minuscolo pacemaker risponde a un'esigenza medica particolarmente sensibile: i neonati con difetti cardiaci congeniti. Circa l'1 per cento dei bambini al mondo nasce con un qualche tipo di difetto cardiaco.
"La nostra motivazione principale erano i bambini. La buona notizia è che questi bambini hanno bisogno solo di una stimolazione temporanea dopo l'intervento. In circa sette giorni, il cuore della maggior parte dei pazienti si auto-ripara. Ma questi sette giorni sono assolutamente critici", ha spiegato Igor Efimov, cardiologo sperimentale alla Northwestern University e co-leader dello studio.
Il dispositivo si attiva sfruttando la luce
Il sistema funziona attraverso un sofisticato sistema di attivazione che sfrutta la luce. Il pacemaker viene impiantato nel cuore e funziona in sincronia con un dispositivo portatile esterno che viene posizionato sul petto del paziente.
Questo dispositivo esterno monitora costantemente il ritmo cardiaco e, quando rileva delle irregolarità, emette automaticamente impulsi di luce a raggi infrarossi. Questa luce, in grado di penetrare attraverso la pelle, lo sterno e i muscoli del paziente, attiva il pacemaker interno che genera gli impulsi elettrici necessari per regolare il ritmo cardiaco.
La tecnologia sfrutta la naturale capacità del corpo umano di condurre la luce a infrarossi, creando un ponte non invasivo tra il dispositivo esterno e il pacemaker interno.
"La luce a infrarossi penetra molto bene nel corpo. Se si mette una torcia contro il palmo della mano, si vedrà la luce brillare dall'altro lato. È emerso che il nostro corpo è un eccellente conduttore di luce", ha spiegato il dottor Efimov.
Tecnologia biodegradabile
Forse uno degli aspetti più rivoluzionari di questo dispositivo è che è stato progettato per dissolversi naturalmente nel corpo quando non è più necessario. Tutti i componenti sono biocompatibili, quindi si disintegrano gradualmente nei biofluidi del corpo, eliminando la necessità di una rimozione chirurgica.
Questa caratteristica risolve un problema importante che sussiste con gli attuali pacemaker, che richiedono cavi che sporgono dal torace del paziente e che alla fine devono essere rimossi, con il rischio di complicazioni come infezioni, distacco, danni ai tessuti, emorragie e coaguli di sangue che possono rivelarsi fatali.
"Riducendo al minimo le dimensioni, semplifichiamo drasticamente le procedure di impianto, riduciamo il trauma e il rischio per il paziente e, grazie alla natura biodegradabile del dispositivo, eliminiamo qualsiasi necessità di procedure di rimozione chirurgica secondaria", ha detto Rogers.
La batteria è alimentata dai fluidi corporei
Per ottenere queste dimensioni estremamente ridotte, i ricercatori hanno reinventato completamente la fonte di alimentazione del dispositivo. Il pacemaker è alimentato da una cella galvanica, un tipo di batteria semplice che trasforma l'energia chimica dei fluidi corporei in energia elettrica. Il design utilizza due metalli diversi come elettrodi per generare e inviare impulsi elettrici al cuore.
Questa innovazione ha eliminato la necessità di batterie tradizionali o antenne riceventi, contribuendo alla straordinaria miniaturizzazione del dispositivo.
Versatilità e applicazioni future
Nonostante le dimensioni ridotte, questo pacemaker fornisce una stimolazione pari a quella di un pacemaker tradizionale, dimostrando che in questo caso le dimensioni ridotte non sono in contrasto con l'efficienza.
L'estrema miniaturizzazione consente inoltre di distribuire più dispositivi in diverse aree del cuore, controllandoli in modo indipendente attraverso diversi colori di luce per ottenere una sincronizzazione più sofisticata di quella dei dispositivi tradizionali.
Questa tecnologia pionieristica apre una vasta gamma di possibilità per la medicina bioelettronica che vanno ben oltre l'ambito cardiaco, comprese applicazioni per aiutare i nervi e le ossa a guarire, trattare ferite complesse e bloccare il dolore cronico con stimoli elettrici specifici e controllati.
Lo studio, pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Nature, dimostra l'**efficacia del dispositivo in una serie di modelli animali di grandi e piccole dimensioni, nonché in cuori umani provenienti da donatori di organi, il che fa ben sperare per la sua applicazione clinica. Questa innovazione rappresenta un salto di qualità nel trattamento delle patologie cardiache, soprattutto per i pazienti più piccoli e vulnerabili.