Una iniezione di sensori wireless sotto forma di idrogel potrebbe essere in grado di monitorare le condizioni del cervello – in caso di tumori o lesioni - per poi degradarsi autonomamente
Un gruppo di ricercatori cinesi ha sviluppato dei sensori biodegradabili e senza fili con l’obiettivo di identificare le variazioni nel cervello a seguito di traumi cranici o trattamenti contro il cancro, senza necessità di interventi chirurgici invasivi. Il sistema, testato solo su modelli animale, ha funzionato in modo stabile per un mese dopo l'iniezione nel cervello, iniziando poi a scomparire gradualmente. Sviluppare sensori in grado di accedere ad aree complesse come il cervello per monitorarne le condizioni è estremamente difficile e in questa ricerca sono state superate una serie di sfide notevoli. I risultati dello studio - nel caso risultassero ripetibili e sicuri nell’uomo - potrebbero essere in futuro utili in ambito medico. L’articolo è stato recentemente pubblicato su Nature.
MONITORARE IL CERVELLO
Il monitoraggio diretto e preciso della fisiologia intracranica riveste un'importanza immensa nel delineare le lesioni del cervello, ma anche nella prognosi e nel prevenire le malattie. Per arrivare a questo obiettivo, per anni gli scienziati hanno sviluppato sensori cerebrali da impiantare all'interno del cranio, ma la maggior parte di questi dispositivi si affida a fili per la trasmissione dei dati. I fili, seppur accurati nelle misurazioni, sono difficili da inserire e rimuovere e facilitano l'ingresso di virus e batteri nel corpo umano, con tutti i rischi del caso (ne abbiamo parlato nell'articolo dedicato al primo impianto di Neuralink su un essere umano). La versione senza fili è ovviamente una soluzione, ma ha dei limiti: primo tra tutti il raggio di comunicazione limitato, ma anche le dimensioni eccessive e la scarsa capacità di degradazione.
I SENSORI IMPIANTABILI WIRELESS
I sensori impiantabili wireless rappresentano una soluzione promettente per il monitoraggio intracranico rispetto agli strumenti clinici tradizionali. Gli attuali sensori impiantabili wireless sono stati sviluppati per il monitoraggio di parametri nel corpo umano, tra cui pressione, temperatura e pH. Tuttavia, diverse sfide correlate agli attuali sensori impiantabili wireless ne ostacolano l'applicazione clinica: come anticipato, le dimensioni dell'impianto e la stabilità della comunicazione, la biocompatibilità e la bioriassorbibilità.
Per quanto riguarda i dispositivi intracranici, le dimensioni ottimali dell'impianto per consentire l'iniezione nel cervello tramite aghi minimamente invasivi sono di solito inferiori ai 4 millimetri quadri. La completa biodegradabilità degli impianti elimina la necessità di ulteriori procedure di rimozione chirurgica, che rendono il tutto più complesso. Nonostante i notevoli sforzi, l'attuale ricerca basata sull'elettronica riesce ad affrontare solo un sottoinsieme di queste sfide, limitando l’evoluzione della tecnica e le possibili applicazioni.
I VANTAGGI DEL METAGEL
In questo studio è stato fatto quel passo in più. Sono stati impiantati nel cervello di modelli animali dei sensori fatti di idrogel metastrutturato (chiamato metagel): 2 millimetri cubi di materiale morbido e flessibile già utilizzato nella rigenerazione tessutale e nella somministrazione di farmaci. Impiantato nello spazio intracranico con un ago, il metagel si deforma in risposta ai cambiamenti ambientali fisiologici, ad esempio le variazioni del flusso sanguigno. Questi “cubetti” cambiano forma in base a temperatura, pressione e pH. I dati sono rilevabili grazie a delle scansioni ad ultrasuoni del cervello. Stando alle informazioni condivise dai ricercatori, i sensori di metagel si dissolvono in soluzione salina dopo circa 4 mesi e iniziano a degradarsi nel cervello dopo sole 5 settimane di attività.
Il sensore metagel è in grado di rilevare in modo indipendente la pressione intracranica, la temperatura, il pH e la portata, di raggiungere una profondità di rilevamento di 10 cm e di degradarsi quasi completamente entro 18 settimane. Gli esperimenti preclinici su modelli animali, condotti su ratti e maiali, indicano promettenti prestazioni di rilevamento, alla pari sensori non riassorbibili. I ricercatori hanno confermato che il gel non è dannoso né tossico nelle colture cellulari.
La possibilità di monitorare pressione, temperatura e pH potrebbe essere utile per diagnosticare e monitorare le lesioni cerebrali nel tempo e il gel potrebbe essere impiantato anche dopo la rimozione di tumori per monitorare eventuali recidive. Nonostante i risultati promettenti, sarà necessario ulteriore lavoro per valutare se i sensori saranno sicuri per l'uso umano: la questione più spinosa riguarda i sottoprodotti formati durante la degradazione dei sensori, perché ancora non è possibile sapere se siano dannosi o possano accumularsi in altre parti del corpo.
