I ricercatori della Northwestern University hanno sviluppato un dispositivo che sembra uscito dalla fantascienza: un impianto piccolo, morbido e flessibile che allevia il dolore su richiesta, senza l’uso di farmaci e si dissolve.

Il dispositivo, biocompatibile e solubile in acqua, potrebbe rappresentare una necessaria alternativa agli oppioidi e ad altri farmaci che creano dipendenza. Secondo i ricercatori, il dispositivo potrebbe essere molto utile per i pazienti che si sottopongono a interventi chirurgici di routine o ad amputazioni che richiedono spesso farmaci post-operatori. I chirurghi potrebbero impiantare il dispositivo durante l’intervento per “gestire” il dolore post-operatorio del paziente.

Lo studio, pubblicato sul numero del 1° luglio della rivista Science, descrive il design del dispositivo e ne dimostra l’efficacia in un modello animale.

Il dispositivo impiega un semplice meccanismo

“Sebbene gli oppioidi siano estremamente efficaci, creano anche una forte dipendenza”, ha dichiarato l’esperto della Northwestern. John A. Rogers, che ha guidato lo sviluppo del dispositivo, in un comunicato stampa. “Come ingegneri, siamo motivati dall’idea di trattare il dolore senza farmaci, con modalità che possono essere attivate e disattivate istantaneamente, con il controllo dell’utente sull’intensità del sollievo. La tecnologia qui presentata sfrutta il meccanismo che fa sì che le dita sentano i numeri quando sono fredde. Il nostro impianto ha dimostrato in studi su modelli animali che questo effetto può essere prodotto in modo programmabile, direttamente e localmente a nervi mirati, anche in profondità nei tessuti molli circostanti”.

Quindi, come funziona?

L’impianto sfrutta un concetto semplice: l’evaporazione. Contiene un liquido refrigerante che viene spinto a evaporare nel punto specifico di un nervo sensoriale.

Per approfondire, il dispositivo funziona avvolgendo dolcemente i nervi, per fornire un raffreddamento preciso e mirato. Questo, a sua volta, intorpidisce i nervi e blocca i segnali di dolore al cervello. Una pompa esterna aiuta l’utente ad attivare a distanza il dispositivo e a controllarne l’intensità. Una volta che il dispositivo non è più necessario, viene assorbito naturalmente dal corpo, “evitando la necessità di un’estrazione chirurgica”.

Con lo spessore di un foglio di carta, il dispositivo di raffreddamento nervoso morbido ed elastico è ideale per il trattamento di nervi molto sensibili.

Coautore dello studio Dr. Matthew MacEwan della Washington University School of Medicine di St. Louis ha affermato che quando i nervi si raffreddano, i segnali che li attraversano diventano più lenti, fino a fermarsi completamente.

“Stiamo prendendo di mira in particolare i nervi periferici, che collegano il cervello e il midollo spinale al resto del corpo. Sono i nervi che comunicano gli stimoli sensoriali, compreso il dolore. Fornendo un effetto di raffreddamento a uno o due nervi mirati, possiamo modulare efficacemente i segnali di dolore in una regione specifica del corpo”, ha detto.

Illustrazione del dispositivo impiantabile all’interno di un braccio. L’ovale rosso indica il dolore. Fonte: Università Northwestern

Include un sensore integrato per il monitoraggio della temperatura del nervo.

Il dispositivo contiene piccoli canali microfluidici per indurre l’effetto di raffreddamento. Mentre un canale contiene il refrigerante liquido perfluoropentano (già approvato clinicamente), un secondo canale contiene azoto secco. Quando il liquido e il gas fluiscono in una camera condivisa, avviene una reazione che provoca l’immediata evaporazione del liquido. Contemporaneamente, un minuscolo sensore integrato monitora la temperatura del nervo per garantire che non diventi troppo fredda, il che potrebbe danneggiare il tessuto.

“Monitorando la temperatura del nervo, la portata del flusso può essere regolata automaticamente per stabilire un punto che blocca 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”, ha detto Rogers.

Le precedenti terapie di raffreddamento e i bloccanti nervosi hanno dei limiti che il nuovo dispositivo supera. Crioterapie, ad esempio, si rivolgono a vaste aree di tessuto, il che potrebbe portare a effetti indesiderati. In questo caso, il minuscolo dispositivo della Northwestern è largo appena cinque millimetri e colpisce con precisione solo i nervi interessati. In questo modo si evita di raffreddare inutilmente le aree circostanti.

“Non si vuole raffreddare inavvertitamente altri nervi o tessuti non collegati al nervo che trasmette lo stimolo doloroso”, ha detto MacEwan. “Vogliamo bloccare i segnali del dolore, non i nervi che controllano le funzioni motorie e che permettono di usare la mano, per esempio”.

L’atto finale di sparizione

Il dispositivo non è il primo tentativo di Rogers di creare un dispositivo elettronico bioriassorbibile.

Il laboratorio di Rogers ha introdotto il concetto di elettronica transitoria nel 2012 e nel 2018 Rogers, MacEwan e colleghi hanno dimostrato il primo dispositivo elettronico bio-riassorbibile al mondo – un impianto biodegradabile che accelera la rigenerazione dei nervi. Poi, nel 2021, Rogers e colleghi introdussero una pacemaker transitorio.

Tutti i componenti dei dispositivi si assorbono naturalmente nei biofluidi dell’organismo nell’arco di giorni o settimane, senza richiedere l’estrazione chirurgica.

“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 in modo facile e naturale”, ha detto Rogers. “Inoltre, si vorrebbe che il dispositivo scomparisse semplicemente quando non è più necessario, per evitare procedure delicate e rischiose di rimozione chirurgica”.

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