(Fibrosi Cistica-immagine Credit Public Domain).
Un team di ricerca guidato dalla Northwestern University ha sviluppato un nuovo patch che assorbe il sudore dalla pelle e quindi cambia colore, per fornire una diagnosi accurata e di facile lettura della fibrosi cistica in pochi minuti.
Mentre la misurazione dei livelli di cloruro nel sudore per diagnosticare la fibrosi cistica è standard, il nuovo “adesivo” morbido, flessibile e simile alla pelle offre un netto contrasto con le attuali tecnologie diagnostiche, che richiedono un dispositivo rigido, ingombrante e fissato al polso per raccogliere il sudore.
Dopo aver sviluppato l’adesivo alla Northwestern University, i ricercatori lo hanno convalidato in studi clinici pilota che hanno coinvolto pazienti con fibrosi cistica e volontari sani presso il Cystic Fibrosis Center presso l’Ann & Robert H. Lurie Children’s Hospital di Chicago. L’adesivo mostrava prestazioni migliorate nel volume di sudore raccolto e una precisione equivalente alle piattaforme tradizionali.
I risultati della ricerca e dello studio saranno pubblicati il 31 marzo come articolo di copertina sulla rivista Science Translational Medicine.
Aderendo delicatamente al corpo, l’adesivo di spessore millimetrico crea un contatto diretto, ma delicato con la pelle senza adesivi aggressivi. Questo non solo rende l’adesivo più comodo e impercettibile per chi lo indossa, ma questo accoppiamento intimo consente anche all’adesivo di raccogliere il 33% di sudore in più rispetto ai metodi clinici attuali. L’elevata velocità di raccolta garantisce che un test raccolga costantemente un campione sufficientemente grande da fornire un risultato accurato.
L’adesivo ha anche sensori colorimetrici incorporati che rilevano, misurano e analizzano la concentrazione di cloruro in tempo reale utilizzando una fotocamera per smartphone, aggirando la necessità di costose attrezzature di laboratorio e tempi di attesa strazianti. Ciò apre possibilità di test al di fuori degli ospedali in ambiente domestico, che potrebbero fornire sollievo ai genitori nelle aree rurali o con poche risorse e senza accesso a centri clinici con strumenti diagnostici specializzati.
Il pioniere dell’elettronica biointegrata John A. Rogers ha guidato lo sviluppo del dispositivo. Rogers è Professore di Scienza dei materiali e ingegneria, ingegneria biomedica e chirurgia neurologica presso la McCormick School of Engineering e la Feinberg School of Medicine e Direttore del Querrey Simpson Institute for Bioelectronics (QSIB). Tyler Ray, che era un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Rogers al momento della ricerca, è il primo autore dell’articolo. Ora è assistente Professore di ingegneria meccanica presso l’Università delle Hawaii a Mānoa.
Sfide nella raccolta del sudore
La più comune malattia genetica che accorcia la vita, la fibrosi cistica colpisce uno su 3.300 nascite negli Stati Uniti e 70.000 persone nel mondo. I risultati promettenti dipendono interamente dalla diagnosi precoce. Poiché la malattia attacca il sistema digerente, i pazienti possono diventare gravemente malnutriti se non ricevono cure subito dopo la nascita.
Tutti i neonati vengono sottoposti a screening per la fibrosi cistica entro i primi giorni di vita attraverso una puntura al tallone. Se lo schermo è anormale, i pediatri ordinano un test del sudore per confermare la diagnosi. Durante il test del sudore, il bambino deve indossare il dispositivo rigido con cinturino da polso per un massimo di 30 minuti. A volte i bambini più piccoli hanno difficoltà a produrre abbastanza sudore per il test. Altre volte, il dispositivo di raccolta del sudore non è in grado di raccogliere un campione abbastanza grande. In questi casi, il bambino deve ripetere il test in un secondo momento, inducendo ansia e ritardando il trattamento.
Collaborazione inaspettata
In qualità di ex Direttore del laboratorio di chimica clinica presso Lurie Children’s, Shannon Haymond ha assistito a questo scenario troppe volte. A causa della scarsa vestibilità e tenuta dei dispositivi di raccolta rigidi sulle braccia dei bambini piccoli, molte famiglie hanno riscontrato risultati e diagnosi ritardati.
Nell’autunno 2016, il laboratorio Rogers ha introdotto un sensore flessibile per la pelle in grado di raccogliere e analizzare il sudore in tempo reale per il monitoraggio della salute. Dopo aver letto il documento, Haymond ha immediatamente visto il potenziale del nuovo dispositivo per la fibrosi cistica.
“Molti laboratori hanno riscontrato problemi causati dagli attuali metodi di raccolta del sudore, rendendo questo un obiettivo frequente degli sforzi di miglioramento della qualità”, ha detto Haymond, coautore dello studio e vicePresidente per la biologia computazionale e Direttore della spettrometria di massa presso Lurie Children’s. “Pensavo che i sensori flessibili per la pelle potessero semplificare il processo e migliorare i risultati della raccolta. E poiché gli adesivi per il sudore sono usa e getta e progettati per un uso singolo, hanno un ulteriore vantaggio nel prevenire le infezioni”.
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Risultati in tempo reale
L’adesivo progettato dal team Northwestern offre il potenziale per una diagnosi più rapida. Gli utenti possono semplicemente scattare una foto dell’adesivo pieno di sudore e trasmetterlo in modalità wireless a una clinica per un’analisi rapida, alleviando i ritardi diagnostici e consentendo ai pazienti di iniziare il trattamento il prima possibile.
“Il dispositivo utilizza una rete di canali microfluidici per raccogliere il sudore direttamente dalla pelle e indirizzarlo alle camere per reagire con i reagenti chimici”, ha spiegato Ray. “Questi reagenti causano un cambiamento di colore correlato al livello di concentrazione di cloruro. Raccogliendo e analizzando il sudore nel punto di raccolta, possiamo consentire una diagnosi precoce. Questo è fondamentale per prevenire gravi complicazioni e migliorare i risultati a lungo termine per i pazienti”.
Monitoraggio di routine da qualsiasi luogo
Successivamente, il team ritiene che il suo patch potrebbe essere utilizzato per monitorare regolarmente la salute a lungo termine dei pazienti con fibrosi cistica e valutare come rispondono al trattamento. Se l’adesivo rileva un cambiamento nei livelli di cloruro, ad esempio, ciò potrebbe informare il piano di trattamento di un medico.
“Poiché questo dispositivo non è vincolato, intendiamo usarlo oltre gli ambienti clinici”, ha detto il coautore dello studio Roozbeh Ghaffari, Professore associato di ricerca di ingegneria biomedica presso la Northwestern e Direttore della ricerca traslazionale presso QSIB. “Alla luce di queste nuove capacità e di un’ulteriore convalida clinica, i pazienti con fibrosi cistica che ricevono un trattamento potrebbero un giorno utilizzare l’adesivo per la raccolta del sudore a casa per monitorare i loro sintomi e i livelli di idratazione durante la vita quotidiana”.
