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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DNA storage

Il DNA potrebbe diventare il prossimo sistema di archiviazione a lungo termine dei dati digitali: la biologia sintetica al servizio dell’informazione

Pochi giorni fa si è celebrato il “DNA Day”: il 25 aprile di 68 anni fa il lavoro di James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins, Rosalind Franklin e colleghi fu pubblicato sulla rivista scientifica Nature. Sebbene venga troppo spesso ricordato solo l’articolo firmato da Watson e Crick, furono in totale tre gli studi sulla descrizione della struttura del DNA pubblicati in quel numero – il secondo firmato da Rosalind Franklin e R. G. Gosling e il terzo da Maurice Wilkins, A. R. Stokes e H. R. Wilson - che rivoluzionarono la storia della genetica e della biologia moderna. Nel giro di qualche decennio siamo passati da non conoscere l’esistenza della doppia elica a studiare il DNA come possibile soluzione per la gestione dell’immensa quantità di dati digitali che produciamo ogni giorno.

Ipotensione e innovazioni tecnologiche

Uno studio, pubblicato sulla rivista Nature, descrive un prototipo che ricrea un riflesso nervoso essenziale per evitare i crolli di pressione in individui colpiti da lesioni spinali

La più evidente conseguenza di una lesione del midollo spinale è la paralisi di un parte del corpo, questa è accompagnata da tutte una serie di problematiche considerate secondarie ma che possono avere anche gravi conseguenze. Oltre al deficit di mobilità e sensibilità molti pazienti con lesioni del midollo, passando da una posizione sdraiata a seduta (in alcuni casi anche eretta), subiscono ripetuti cali della pressione sanguigna - si parla di ipotensione ortostatica. Generalmente ciò comporta stordimento, offuscamento della vista o vertigine ma a lungo andare le ricadute sul cuore possono essere gravi incrementando il rischio di infarto. Un gruppo di ricercatori ha ideato un’innovativa tecnologia per tentare di contrastare questo fenomeno.

Intelligenza artificiali e tumori

Combinare intelligenza artificiale, ingegneria cellulare e analisi informatiche per progettare farmaci oncologici sempre più mirati. Una nuova chiave d’accesso alla complessità genetica del cancro

Troppo spesso, per semplicità, tendiamo a descrivere il cancro con caratteristiche generiche tralasciando il fatto che non esiste “il cancro” ma esistono molti “tipi” di tumore. Si tratta di una sottigliezza non trascurabile che serve a comprendere quanto possa essere faticoso studiare nuove efficaci terapie in campo oncologico. Le moderne tendenze scientifiche spingono nella direzione di una medicina altamente personalizzata ma per ottenere terapie mirate capaci di arrestare la progressione tumorale servono strumenti potenti e innovazioni tecnologiche che affrontino l’argomento a tutto campo.

Smartphone

La tecnica di diagnostica digitale è stata testata per il virus Zika, dell’epatite B e C. Potrebbe essere un’importante risorsa per Paesi in via di sviluppo ma anche per future pandemie globali

Da sempre gli esseri umani convivono con i virus e mai come nel 2020 ci siamo resi conto dell’importanza che ha una diagnosi delle infezioni virali che sia semplice, rapida ed efficiente. E se ancora non siamo in grado di riconoscere un virus a occhio nudo o scattando una foto, un gruppo di ricercatori della Harvard Medical School di Boston è riuscito a mettere a punto una nuova tecnica di rilevamento virale che utilizza la fotocamera dello smartphone per diagnosticare diverse infezioni. Il lavoro è stato pubblicato lo scorso dicembre su Science Advances e apre le porte ad una tecnica diagnostica digitale che può essere utilizzato da non addetti ai lavori per testare una varietà di infezioni virali. Un’innovazione che potrebbe rivelarsi particolarmente utile per Paesi in via di sviluppo ma anche per Paesi più ricchi in caso di pandemie.

Laura Ballerini

Uno studio, guidato dalla prof.ssa Ballerini e dal prof. Prato di Trieste, esplora le potenzialità dei nanomateriali come interfaccia tra i neuroni per stimolare la rigenerazione delle fibre nervose

Per un neurochirurgo la possibilità di riparare una lesione dei nervi costituisce il sogno di un’intera carriera. Le fibre nervose dei mammiferi adulti, infatti, hanno tassi di rigenerazione molto bassi che rendono difficile il processo di riparazione delle lesioni. Ecco perché certi traumi del midollo spinale comportano la paralisi degli arti. Recentemente si è molto discusso dei risultati di uno studio svedese nel quale l’impiego delle cellule staminali sembrava favorire la riparazione di lesioni a danno del midollo spinale. Naturalmente si tratta di risultati ottenuti su modelli sperimentali ma per raggiungere questo straordinario obiettivo, oltre che sulla terapia cellulare, la ricerca si sta concentrando anche sullo studio dei nanomateriali.

Nanoparticelle

Liposomi, nanoparticelle polimeriche, supermagnetiche o d’oro, dendrimeri… Sono tante le metodiche innovative in sperimentazione per il trasporto dei farmaci nelle cellule bersaglio

Le nanotecnologie si occupano della scienza delle cosiddette nanostrutture, cioè degli oggetti prodotti a partire da una moltitudine di materiali e con dimensioni dell’ordine del miliardesimo di metro (nanometro). È un settore in piena espansione e le applicazioni sono molteplici, andando dall’elettronica alla fisica dei materiali, dalla farmacologia ai catalizzatori industriali, dagli pneumatici ultraresistenti ai pigmenti per la stampa. In ambito biomedico ci sono numerose nanostrutture in studio per rilascio di farmaci, protesi, sensori, ingegneria tissutale e genomica. In questo approfondimento, Osservatorio Terapie Avanzate descrive le tipologie di nanoparticelle usate come metodo innovativo di trasporto e “delivery” (consegna) dei farmaci.

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