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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cervello, human brain project

Il 2023 segna la chiusura del Human Brain Project e l’inizio di una nuova fase del Brain 2.0. Due progetti che negli ultimi 10 anni hanno cambiato radicalmente il mondo delle neuroscienze 

Nel 2013, dieci anni dopo la conclusione di un’impresa scientifica titanica come fu il Progetto Genoma Umano, una nuova sfida globale era stata lanciata da Stati Uniti e Unione Europea per gettare luce sui misteri dell’organo più complesso e importante del nostro corpo. Lo Human Brain Project, finanziato dalla Commissione Europea, si è concluso a settembre di quest’anno, dopo aver fatto praticamente da pioniere nell’uso di tecnologie digitali per le neuroscienze. Il 2013 è stato anche l’anno di partenza dell’iniziativa BRAIN (Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies) coordinata dal National Institute of Health (NIH) negli Stati Uniti, di cui l’anno scorso è stata annunciata una nuova entusiasmante fase.

Vasi sanguigni

Annunciati i risultati di uno studio clinico di Fase II/III sull’uso di vasi acellulari universalmente accessibili per riparare lesioni vascolari traumatiche 

Nel 2013, il primo vaso sanguigno coltivato in laboratorio è stato impiantato con successo in un paziente. Dopo 10 anni da quel pionieristico risultato, Humacyte, azienda statunitense all'avanguardia nello sviluppo di tessuti umani bioingegnerizzati, ha raggiunto un altro importante traguardo: a settembre sono stati diffusi i risultati positivi ottenuti in uno studio clinico di Fase II/III condotto tra Stati Uniti e Israele, in cui pazienti con lesioni vascolari gravi hanno ricevuto l’impianto di vasi sanguigni acellulari noti come HAV (Human Acellular Vessels). Un’opzione universalmente accessibile, disponibile “off-the-shelf” e resistente alle infezioni, che promette ulteriori avanzamenti anche nella chirurgia cardiaca e nel trapianto di isole pancreatiche per i pazienti con diabete di tipo I.

occhio bionico

I sistemi di visione neuromorfici aprono prospettive avanzate nella visione artificiale: dall’occhio bionico in grado di emulare la visione cerebrale ai veicoli a guida autonoma

E se nel futuro le macchine potessero vedere e comprendere il mondo come lo facciamo noi? I veicoli a guida autonoma potrebbero vedere la strada come un guidatore esperto e i robot interagire con oggetti e persone in maniera più efficace. Un futuro che potrebbe non essere così lontano, grazie ai sistemi di visione neuromorfici, che imitano il modo in cui il cervello processa le informazioni visive. I ricercatori della RMIT University di Melbourne (Australia) hanno realizzato un nuovo microscopico sensore, che vede e memorizza le esperienze visive esattamente come un occhio umano, la ricerca è stata pubblicata su Advanced Functional Materials. È solo il primo passo verso la costruzione di occhi bionici di nuova generazione per ripristinare la vista nelle persone affette da gravi malattie degenerative della retina, ne parliamo in occasione della Giornata Mondiale della vista che quest’anno cade il 12 ottobre.  

Siringa molecolare

I ricercatori possono programmare la siringa per il trasporto del suo carico nell’organo bersaglio. Hanno già trasferito nelle cellule umane varie proteine anti-tumorali e l’enzima Cas9

Crispr-Cas, la “forbice molecolare” che permette di modificare i geni, si è evoluta nei batteri per aiutarli a proteggersi da virus patogeni. Nei prossimi anni, un altro sistema preso in prestito dai batteri potrebbe aiutarci a trasportare gli elementi del macchinario CRISPR dentro le cellule umane: una “siringa molecolare” che, attraverso un meccanismo contrattile e una proteina simile a un ago, può bucare la membrana cellulare e iniettare i composti al suo interno. I batteri simbiotici la usano per modificare la biologia dell’ospite o per rilasciare tossine. Gli scienziati, invece, potrebbero usarla per trasferire proteine terapeutiche nelle cellule umane, poiché le siringhe possono essere programmate per rilasciare il loro carico solo nell’organo bersaglio. Un articolo pubblicato a marzo su Nature fa il punto su questa nuova tecnologia.

Fiocco giallo

Marzo è il mese dedicato alla consapevolezza su questa malattia cronica. Il progetto FEMaLe vuole utilizzare il machine learning e l’AI per migliorarne diagnosi, prevenzione e cura

Il fiocco giallo è universalmente conosciuto come il colore della sensibilizzazione all'endometriosi, una malattia caratterizzata dalla presenza di tessuto simile all'endometrio al di fuori dell'utero. A causa dei sintomi spesso debilitanti e gravi, l'endometriosi ha notevoli implicazioni sociali, di salute pubblica ed economiche. Dato che attualmente non c’è modo di prevenire l'endometriosi, una maggiore consapevolezza, accompagnata da diagnosi precoce e presa in carico della paziente, potrebbe aiutare a gestire meglio la progressione della malattia. Il progetto europeo FEMaLe (Finding Endometriosis using Machine Learning) ha lo scopo di sviluppare un modello per l'individuazione e la gestione di persone affette da endometriosi, migliorare la medicina di precisione, fornire nuove terapie e migliorare la qualità di vita di coloro che ne soffrono.

Ricerca

Una collaborazione tra ricercatori statunitensi e cinesi sta indagando le possibili applicazioni di cellule sintetiche in medicina e nella preservazione dell’ambiente

Cellule “cyborg” sintetizzate in laboratorio per riparare le ferite, trattare malattie come il cancro o trasportare farmaci direttamente agli organi che ne hanno bisogno. È forse l’ultima sceneggiatura che qualche produttore hollywoodiano spera di trasformare in un successo al botteghino? Al contrario. Si tratta, infatti, di una ricerca scientifica pubblicata lo scorso gennaio sulla rivista Advanced Science da un gruppo di ingegneri dell’Università della California, in collaborazione con i colleghi dell’Istituto di Scienze Biomediche dell’Academia Sinica con sede a Taipei. La notizia potrebbe far drizzare i capelli a quanti associano alla parola “cyborg” le immagini dei protagonisti di film come Robocop e Terminator, o fumetti come Ghost in the Shell. Ma è davvero questo che dobbiamo aspettarci o si tratta di qualcos’altro?

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