(Dolore/Nuovo dispositivo-Immagine: il dispositivo morbido e flessibile si piega e si allunga con il corpo, senza la necessità di hardware ingombrante e rigido. Credito: Northwestern University).
Un nuovo dispositivo ha il potenziale per alleviare il dolore e fornire un’alternativa agli oppioidi e ad altri farmaci che creano dipendenza.
Un piccolo impianto morbido e flessibile che allevia il dolore senza l’uso di farmaci è stato sviluppato da un team di ricercatori guidati dalla Northwestern University. Primo dispositivo nel suo genere, l’impianto potrebbe fornire un’alternativa tanto necessaria agli oppioidi e ad altri farmaci che creano dipendenza.
Avvolgendo delicatamente i nervi, il dispositivo biocompatibile e solubile in acqua è in grado di fornire un raffreddamento preciso e mirato, che intorpidisce i nervi e blocca i segnali di dolore al cervello. Con una pompa esterna, l’utente può attivare a distanza il dispositivo e quindi aumentarne o diminuirne l’intensità. Dopo che il dispositivo non è più necessario, si assorbe naturalmente nel corpo. Questo bypassa la necessità di estrazione chirurgica.
Il documento che descrive il design del dispositivo e ne dimostra l’efficacia in un modello animale, è stato pubblicato nel numero del 1 di luglio della rivista Science.
Illustrazione del dispositivo impiantabile all’interno di un braccio. L’ovale rosso indica dolore. Il dispositivo avvolge delicatamente il nervo periferico per silenziare i segnali al cervello. Credito: Northwestern University
“Sebbene gli oppioidi siano estremamente efficaci, creano anche una forte dipendenza”, ha affermato John A. Rogers della Northwestern, che ha guidato lo sviluppo del dispositivo. “Come ingegneri, siamo motivati dall’idea di trattare il dolore senza farmaci, in modi che possono essere attivati e disattivati all’istante, con il controllo dell’utente sull’intensità del sollievo. La tecnologia qui riportata sfrutta meccanismi che hanno alcune somiglianze con quelli che provocano l’intorpidimento delle dita quando sono fredde. Il nostro impianto consente di produrre quell’effetto in modo programmabile, direttamente e localmente sui nervi mirati, anche quelli profondi all’interno dei tessuti molli circostanti”.
Pioniere della bioelettronica, John A. Rogers è Professore al Louis Simpson e Kimberly Querrey Center di scienza e ingegneria dei materiali, ingegneria biomedica e chirurgia neurologica presso la McCormick School of Engineering e la Northwestern University Feinberg School of Medicine. È anche Direttore fondatore del Querrey Simpson Institute for Bioelectronics. Jonathan Reeder, il primo autore dell’articolo, è un ex Ph.D. candidato nel laboratorio di Rogers.
Come funziona il dispositivo
Sebbene il nuovo dispositivo possa sembrare fantascienza, in realtà sfrutta un concetto semplice e comune che tutti conoscono: l’evaporazione. Simile a come l’evaporazione del sudore raffredda il corpo, il dispositivo contiene un liquido di raffreddamento che viene indotto ad evaporare nella posizione specifica di un nervo sensoriale.
“Man mano che si raffredda un nervo, i segnali che viaggiano attraverso il nervo diventano sempre più lenti, fino a fermarsi completamente“, ha detto il coautore dello studio, il Dott. Matthew MacEwan della Washington University School of Medicine di St. Louis. “Stiamo mirando specificamente ai nervi periferici, che collegano il tuo cervello e il tuo midollo spinale al resto del tuo corpo. Questi sono i nervi che comunicano gli stimoli sensoriali, incluso il dolore. Fornendo un effetto rinfrescante a uno o due nervi mirati, possiamo modulare efficacemente i segnali del dolore in una specifica regione del corpo”.
Guarda il dispositivo dissolversi lentamente nel corso di 50 giorni. Il dispositivo si scompone in componenti biocompatibili, che vengono poi assorbiti naturalmente nel corpo. Credito: Northwestern University
Per indurre l’effetto di raffreddamento, il dispositivo contiene minuscoli canali microfluidici. Un canale contiene il liquido di raffreddamento (perfluoropentano), già clinicamente approvato come mezzo di contrasto per ultrasuoni e per inalatori pressurizzati. Un secondo canale contiene azoto secco, un gas inerte. Quando il liquido e il gas fluiscono in una camera condivisa, si verifica una reazione che fa evaporare prontamente il liquido. Allo stesso tempo, un minuscolo sensore integrato monitora la temperatura del nervo per assicurarsi che non si raffreddi troppo, il che potrebbe causare danni ai tessuti.
“Un raffreddamento eccessivo può danneggiare il nervo e i tessuti fragili che lo circondano”, ha detto Rogers. “La durata e la temperatura del raffreddamento devono quindi essere controllate con precisione. Monitorando la temperatura del nervo, le portate possono essere regolate automaticamente per impostare un punto che blocchi il dolore in modo reversibile e sicuro. Il lavoro in corso cerca di definire l’intera serie di soglie di tempo e temperatura al di sotto delle quali il processo rimane completamente reversibile”.
Potenza di precisione del dispositivo
Altre terapie di raffreddamento e bloccanti nervosi testati sperimentalmente, hanno limitazioni significative che il nuovo dispositivo supera. Gli scienziati hanno precedentemente esplorato le crioterapie, ad esempio, che vengono iniettate con un ago. Invece di prendere di mira nervi specifici, questi approcci imprecisi raffreddano vaste aree di tessuto, portando potenzialmente a effetti indesiderati come infiammazioni e danni ai tessuti.
Nel suo punto più largo, il minuscolo dispositivo della Northwestern è largo solo 5 millimetri. Un’estremità è arrotolata in un bracciale che avvolge delicatamente un singolo nervo, bypassando la necessità di suture. Mirando con precisione solo al nervo interessato, il dispositivo risparmia le regioni circostanti da un raffreddamento non necessario, che potrebbe causare effetti collaterali.
“Non vogliamo raffreddare inavvertitamente altri nervi o i tessuti che non sono correlati al nervo che trasmette gli stimoli dolorosi”, ha detto MacEwan. “Vogliamo bloccare i segnali del dolore, non i nervi che controllano la funzione motoria e consentono, ad esempio, di usare la mano“.
Precedenti ricercatori hanno anche esplorato i bloccanti che utilizzano la stimolazione elettrica per silenziare gli stimoli dolorosi. Anche questi hanno dei limiti.
“Non puoi spegnere un nervo con la stimolazione elettrica senza prima attivarlo”, ha detto MacEwan. “Ciò può causare ulteriore dolore o contrazioni muscolari e non è l’ideale, dal punto di vista del paziente”.
Dispositivo bioriassorbibile
Questa nuova tecnologia è il terzo esempio di dispositivi elettronici bioriassorbibili del laboratorio Rogers, che ha introdotto il concetto di elettronica transitoria nel 2012, in un articolo pubblicato su Science. Nel 2018, Rogers, MacEwan e colleghi hanno ideato il primo dispositivo elettronico bioriassorbibile al mondo, un impianto biodegradabile che accelera la rigenerazione dei nervi e lo hanno presentato su Nature Medicine. Poi, nel 2021, Rogers e colleghi hanno introdotto un pacemaker transitorio, pubblicato su Nature Biotechnology.
Tutti i componenti dei dispositivi sono biocompatibili e vengono assorbiti naturalmente nei biofluidi del corpo nel corso di giorni o settimane, senza bisogno di estrazione chirurgica. I dispositivi bioriassorbibili sono completamente innocui, simili ai punti riassorbibili.
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Dallo spessore di un foglio di carta, il dispositivo di raffreddamento nervoso morbido ed elastico è ideale per il trattamento di nervi altamente sensibili.
“Se si pensa ai tessuti molli, ai nervi fragili e a un corpo in costante movimento, qualsiasi dispositivo di interfaccia deve avere la capacità di flettersi, piegarsi, torcersi e allungarsi facilmente e in modo naturale”, ha affermato Rogers. “Inoltre, si desidera che il dispositivo scompaia semplicemente dopo che non è più necessario, per evitare procedure delicate e rischiose della rimozione chirurgica”.
Fonte:Science
