Gli ingegneri del MIT hanno sviluppato un piccolo adesivo ad ultrasuoni in grado di monitorare la rigidità degli organi nelle profondità del corpo. L’adesivo, delle dimensioni di un francobollo, può essere indossato sulla pelle ed è progettato per rilevare segni di malattie, come insufficienza epatica e renale e la progressione di tumori solidi.
In uno studio ad accesso libero apparso su Science Advances, il team riferisce che il sensore può inviare onde sonore attraverso la pelle e nel corpo, dove le onde si riflettono sugli organi interni e ritornano sull’adesivo. Il modello delle onde riflesse può essere letto come una firma della rigidità dell’organo, che l’adesivo può misurare e tracciare.
“Quando alcuni organi subiscono una malattia, possono irrigidirsi nel tempo“, afferma l’autore senior dell’articolo, Xuanhe Zhao, Professore di ingegneria meccanica al MIT. “Con questo adesivo indossabile possiamo monitorare continuamente i cambiamenti nella rigidità degli organi per lunghi periodi di tempo, il che è di fondamentale importanza per la diagnosi precoce dell’insufficienza degli organi interni“.
Il team ha dimostrato che l’adesivo può monitorare continuamente la rigidità degli organi per 48 ore e rilevare sottili cambiamenti che potrebbero segnalare la progressione della malattia. In esperimenti preliminari, i ricercatori hanno scoperto che il sensore adesivo può rilevare i primi segni di insufficienza epatica acuta nei ratti.
Gli ingegneri stanno lavorando per adattare il progetto all’uso sugli esseri umani. Prevedono che l’adesivo possa essere utilizzato nelle unità di terapia intensiva (ICU), dove i sensori a basso profilo potrebbero monitorare continuamente i pazienti che si stanno riprendendo da trapianti di organi.
“Immaginiamo che, subito dopo un trapianto di fegato o rene, potremmo attaccare questo adesivo a un paziente e osservare come la rigidità dell’organo cambia nel corso dei giorni”, dice l’autore principale Hsiao-Chuan Liu. “Se c’è una diagnosi precoce di insufficienza epatica acuta, i medici possono agire immediatamente invece di aspettare che la condizione diventi grave“.
Liu era uno scienziato in visita al MIT al momento dello studio ed è attualmente Professore assistente presso la University of Southern California. I coautori dello studio del MIT includono Xiaoyu Chen e Chonghe Wang, insieme a collaboratori della USC.
La percezione vacilla
I muscoli, i tessuti e gli organi del nostro corpo si irrigidiscono con l’avanzare dell’età. Con alcune malattie, l’irrigidimento degli organi può diventare più pronunciato, segnalando un declino della salute potenzialmente precipitoso.
I medici attualmente dispongono di metodi per misurare la rigidità di organi come i reni e il fegato utilizzando l’elastografia a ultrasuoni, una tecnica simile all’imaging a ultrasuoni, in cui un tecnico manipola una sonda portatile o una bacchetta sulla pelle. La sonda invia onde sonore attraverso il corpo, che fanno vibrare leggermente gli organi interni e in cambio inviano onde. La sonda rileva le vibrazioni indotte da un organo e il modello delle vibrazioni può essere tradotto in quanto traballante o rigido deve essere l’organo.
L’elastografia a ultrasuoni viene generalmente utilizzata in terapia intensiva per monitorare i pazienti che hanno subito recentemente un trapianto di organi. I tecnici controllano periodicamente un paziente subito dopo l’intervento chirurgico per sondare rapidamente il nuovo organo e cercare segni di irrigidimento e potenziale fallimento acuto o rigetto.
“Dopo il trapianto di organi, le prime 72 ore sono cruciali in terapia intensiva”, afferma un altro autore senior, Qifa Zhou, Professore alla USC. “Con gli ultrasuoni tradizionali, è necessario tenere una sonda sul corpo. Ma non è possibile farlo continuamente a lungo termine. I medici potrebbero perdere un momento cruciale e rendersi conto troppo tardi che l’organo sta collassando.“
Il team si è reso conto che avrebbe potuto fornire un’alternativa più continua e indossabile. La loro soluzione si espande su un adesivo a ultrasuoni sviluppato in precedenza per visualizzare tessuti e organi profondi.
“Il nostro adesivo per immagini ha rilevato le onde longitudinali, mentre questa volta volevamo catturare le onde di taglio, che ti diranno la rigidità dell’organo“, spiega Zhao.
Le sonde elastrografiche a ultrasuoni esistenti misurano le onde di taglio o la vibrazione di un organo in risposta a impulsi sonici. Quanto più velocemente un’onda di taglio viaggia nell’organo, tanto più rigido viene interpretato come organo. (Pensa al rimbalzo di un pallone pieno d’acqua rispetto a un pallone da calcio).
Il team ha cercato di miniaturizzare l’elastografia a ultrasuoni per adattarla a un adesivo delle dimensioni di un francobollo. I ricercatori miravano inoltre a mantenere la stessa sensibilità delle sonde portatili commerciali, che tipicamente incorporano circa 128 trasduttori piezoelettrici, ciascuno dei quali trasforma un campo elettrico in entrata in onde sonore in uscita.
“Abbiamo utilizzato tecniche di fabbricazione avanzate per tagliare piccoli trasduttori da materiali piezoelettrici di alta qualità che ci hanno permesso di progettare adesivi ad ultrasuoni miniaturizzati“, afferma Zhou.
I ricercatori hanno fabbricato con precisione 128 trasduttori in miniatura che hanno incorporato su un chip di 25 millimetri quadrati. Hanno rivestito la parte inferiore del chip con un adesivo fatto di idrogel, un materiale appiccicoso ed elastico composto da una miscela di acqua e polimero, che consente alle onde sonore di viaggiare dentro e fuori dal dispositivo quasi senza perdite.
Negli esperimenti preliminari, il team ha testato l’adesivo sensibile alla rigidità nei ratti. I ricercatori hanno scoperto che gli adesivi erano in grado di effettuare misurazioni continue della rigidità del fegato per 48 ore. Dai dati raccolti sull’adesivo, i ricercatori hanno osservato chiari e precoci segni di insufficienza epatica acuta, che hanno successivamente confermato con campioni di tessuto.
“Una volta che il fegato va in insufficienza, la rigidità dell’organo aumenterà più volte“, osserva Liu.
“Puoi passare da un fegato sano, traballante come un uovo alla coque, a un fegato malato che assomiglia più a un uovo sodo“, aggiunge Zhao. “E questo adesivo può rilevare quelle differenze nel profondo del corpo e fornire un avviso quando si verifica un’insufficienza d’organo.”
Il team sta lavorando con i medici per adattare l’adesivo da utilizzare nei pazienti in convalescenza da trapianti di organi in terapia intensiva. In questo scenario, non si prevedono molti cambiamenti al design attuale dell’adesivo, poiché può essere attaccato alla pelle di un paziente e qualsiasi onda sonora che invia e riceve può essere consegnata e raccolta dall’elettronica che si collega all’adesivo, in modo simile. agli elettrodi e alle macchine ECG in uno studio medico.
I ricercatori sperano anche di trasformare l’adesivo in una versione più portatile e chiusa, in cui tutta l’elettronica e l’elaborazione che lo accompagnano siano miniaturizzati per adattarsi a una patch leggermente più grande. Quindi, immaginano che l’adesivo possa essere indossato dai pazienti a casa, per monitorare continuamente le condizioni per periodi più lunghi, come la progressione dei tumori solidi, che sono noti per indurirsi con la gravità.
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“Crediamo che questa sia una piattaforma tecnologica salvavita“, afferma Zhao. “In futuro, pensiamo che le persone potranno attaccare alcuni adesivi sul proprio corpo per misurare molti segnali vitali e immaginare e monitorare la salute dei principali organi del corpo“.
Fonte:Science Advances
