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Le onde sonore potrebbero portarci ad impianti medici più intelligenti?

Tommaso Melodia, professore di cattedra al William Lincoln Smith nel Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica, conduce ricerche su un ologramma stampato in 3D del rene umano nel Complesso interdisciplinare di scienza e ingegneria

Appuntato a una parete nell’ufficio di Tommaso Melodia, accanto a una pila di guide di tecnologia wireless, è l’illustrazione di un bambino: un simbolo del cuore sorridente accanto alla parola “Papa”. Il suo ufficio è ricoperto di disegni come questi, disegni che suggeriscono che questo professore di ingegneria e padre di quattro figli ha toccato il cuore dei suoi bimbi. E un giorno – attraverso i pacemaker di prossima generazione che emettono onde sonore per regolare i ritmi cardiaci – può toccare il cuore di molti altri.

Melodia sta lavorando allo sviluppo di dispositivi medici impiantabili in miniatura che rilevano e comunicano in modalità wireless tramite onde sonore. Come direttore del Northeastern’s Institute for Wireless Internet of Things e fondatore della spin-off Bionet Sonar, ritiene che questa tecnologia un giorno potrebbe trattare una vasta gamma di disturbi, tra cui diabete, epilessia, morbo di Parkinson e patologie cardiache.

I pacemaker tradizionali e altri dispositivi medici wireless attualmente sul mercato si affidano alle onde radio elettromagnetiche per comunicare. Quando tali onde viaggiano attraverso l’acqua, vengono assorbite principalmente da essa, il che significa che non possono attraversarla liberamente. (È un grosso problema, se ci fermiamo a considerare che l’acqua costituisce dal 60 al 70 percento del corpo umano!) Di conseguenza, quando due parti di un pacemaker devono comunicare tra loro, devono trasmettere segnali tramite fili speciali chiamati cavi, che possono essere infettati o rompersi. Questa inefficienza energetica significa anche che i pazienti devono periodicamente sottoporsi a ulteriori interventi chirurgici per la sostituzione della batteria.

Per anni, Melodia si è chiesto se le onde sonore – che si propagano facilmente attraverso l’acqua e i tessuti umani – fossero la soluzione a questi problemi. Nel 2012, una sovvenzione della National Science Foundation gli ha dato l’opportunità di mettere in pratica questa idea.

“Stiamo usando onde ultrasoniche – frequenze che non possono essere ascoltate – per trasportare informazioni tra diversi dispositivi medici impiantabili”, afferma Melodia, che è professore a capo della cattedra William Lincoln Smith nel Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica.

Lui e il suo gruppo di ricerca sperano di iniziare a testare il loro pacemaker ad ultrasuoni su modelli animali entro la fine dell’anno. Il pacemaker sarebbe composto da più impianti, ciascuno più piccolo di un centesimo, che si anniderebbe all’interno delle diverse camere del cuore e manterrebbe il suo ritmo attraverso nastri di suono sincronizzati e invisibilmente pulsanti. Nessun cavo richiesto – e una piccola batteria, ricaricabile dalle onde sonore del mondo esterno, si metterebbe sotto la pelle.

I pazienti con pacemaker ad ultrasuoni sarebbero anche meno vulnerabili agli hacker, una preoccupazione sorprendentemente valida, almeno per i personaggi pubblici. Nel 2013, ad esempio, i medici hanno disabilitato le capacità wireless dell’ex pacemaker dell’ex vicepresidente Dick Cheney per paura che i terroristi potessero hackerarlo. Al contrario, afferma Melodia, con dispositivi ad ultrasuoni impiantabili, “gli hacker devono almeno toccare la persona – ed è probabile che tu noteresti se qualcuno ti stesse toccando – quindi è un ulteriore livello di sicurezza”.

Nel frattempo, un giorno i diabetici potrebbero beneficiare di un sistema simile, un “pancreas artificiale” controllato in modalità wireless interamente all’interno del corpo. Un sensore di misurazione del glucosio impiantato invierebbe continuamente segnali a un altro dispositivo: una pompa interna che, a sua volta, erogherebbe la dose esatta di insulina per proteggere il paziente.

“Se questa tecnologia diventasse la base di dispositivi impiantabili miniaturizzati che non esistono oggi, potrebbe aiutare a salvare vite umane”, aggiunge Melodia. Riconosce che la tecnologia è ancora in fase di sperimentazione in modelli che imitano i tessuti umani, e mentre proveranno presto gli impianti negli animali, i test sugli esseri umani sono probabilmente molto lontani. “Ma abbiamo bellissimi prototipi che funzionano alla grande … Il potenziale è enorme.”

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