Si potrebbe chiamarla micromedicina: è un ramo della bioingegneria che unisce le funzionalità della microelettronica alle potenzialità dei nuovi materiali per sfornare, a ritmo ormai elevato, applicazioni mediche sofisticate ma in grado di diventare in breve tempo pratiche quotidiane e alla portata di tutti.
È il caso della cosiddetta “pelle elettronica”, di cui si parla da tempo, ma che continua a presentarsi in forme nuove e adatte a una varietà di esigenze diagnostiche e terapeutiche. L’ultimo nato di questa serie viene da un team internazionale multidisciplinare, comprendente ricercatori della Università dell’Illinois di Urbana/Champaign e del National Institute of Biomedical Imaging e Bioingegneering (NIBIB), che hanno sviluppato un approccio completamente nuovo, descritto recentemente sulla rivista Nature Materials: una speciale “electronic skin” che aderisce in modo non invasivo alla pelle umana, conformandosi bene alle varie forme e restando attaccata nonostante la normale elasticità dei movimenti; il suo scopo è di fornire una mappa dettagliata della temperatura di qualsiasi superficie del corpo.
Quello della temperatura, si sa, è un indicatore fondamentale per moltissime diagnosi e da tempo si cercano soluzioni efficaci e precise per misurarla ricorrendo alle più avanzate tecnologie disponibili. Dalla sensoristica sono stati ricavati speciali sensori adesivi in grado di fornire semplici misure di temperatura in punti specifici; d’altro canto, ci sono avanzatissime fotocamere digitali a infrarossi che possono rilevare, in alta risoluzione, variazioni di temperatura in vaste zone del corpo. Ma entrambe le tecnologie, pur molto evolute, hanno dei limiti: le telecamere a infrarossi sono costose e richiedono al paziente di rimanere completamente immobile; mentre i sensori adesivi, benché consentano una libertà di movimento, forniscono informazioni limitate.
Come funzionano questi nuovi dispositivi? C’è una matrice (array) ultrasottile di sensori di temperatura e di elementi riscaldanti che viene depositata sulla superficie della pelle attraverso un contatto soft, senza adesivi, quasi come un tatuaggio. È una variante di una tecnologia, originariamente sviluppata nel laboratorio del professor John Rogers presso l’Università dell’Illinois di Urbana/Champaign, chiamata “elettronica epidermica”.
Nell’articolo di Nature Materials vengono descritte le prove effettuate per saggiare l’affidabilità del sistema, che è stato testato per la sua capacità di rilevare con precisione variazioni della temperatura cutanea localizzata rispetto al “gold standard”, cioè la telecamera a infrarossi. Il confronto è stato svolto in base a un certo numero di stimoli fisici e mentali separati; il soggetto “indossava” sul palmo della mano una matrice del nuovo tipo e contemporaneamente misure di temperatura erano ottenute con una telecamera a infrarossi collocata a 40 centimetri dalla stessa regione. Ne è risultato che i profili delle variazioni di temperatura erano praticamente identici con i due metodi.
I ricercatori hanno anche eseguito un test che viene utilizzato come procedura di screening cardiovascolare: variazioni nel flusso sanguigno vengono rilevati da variazioni nella temperatura della pelle quando il sangue si sposta attraverso l’avambraccio mentre una pressione sanguigna sul braccio superiore viene aumentata e poi ridotta; la temperatura si riduce quando il flusso di sangue è bloccata e aumentata quando il sangue viene rilasciato: un lento ritorno del sangue all’avambraccio può indicare eventuali anomalie cardiovascolari. Ancora una volta, la telecamera a infrarossi e la tecnologia degli array hanno mostrato profili di variazione di temperatura pressoché identici.
Oltre che come test per convalidare l’accuratezza della nuova pelle elettronica, questi esperimenti hanno dimostrato che il dispositivo potrebbe essere utilizzato come strumento di screening rapido per determinare se una persona debba essere ulteriormente sottoposta a test per malattie come il diabete o malattie cardiovascolari, che causano un anomalo flusso di sangue periferico; potrebbe essere anche un indicatore, per medici e pazienti, degli effetti di alcuni farmaci.
L’esperimento inoltre ha verificato una caratteristica unica della nuova tecnologia: la capacità di trasmettere uno stimolo come il calore. I ricercatori hanno inviato precisi impulsi di calore alla cute per misurare la traspirazione cutanea, che indica il grado di idratazione di una persona.
Le potenziali applicazioni sono quindi notevoli; i ricercatori dicono che la versione attuale offre solo un cenno delle enormi possibilità di questa tecnologia. Ad esempio, qualsiasi tipo di sensore, in teoria, può essere incluso nella matrice: come sensori che rivelano i livelli di glucosio, il contenuto di ossigeno nel sangue, o il conteggio delle cellule del sangue, o i livelli di un farmaco circolante. Inoltre, invece di fornire calore, potrebbe essere incluso nel circuito un elemento che fornisce un farmaco, un microelemento essenziale, o vari stimoli per promuovere la rapida guarigione delle ferite. Questa capacità di rilevare e fornire una vasta gamma di stimoli rende il sistema utile ai fini diagnostici, terapeutici e sperimentali.
La tecnologia ha il potenziale per espletare tali funzioni mentre i pazienti svolgono le loro attività quotidiane, con i dati che vengono forniti in modalità remota tramite un telefono cellulare a un medico, con risparmi evidenti. Si parla già delle versioni future, dotate di una bobina di alimentazione wireless e di un’antenna per la trasmissione dei dati a distanza.
