ricercatori del MIT, lavorando con scienziati del Brigham and Women's Hospital, hanno sviluppato un nuovo modo per alimentare e comunicare con dispositivi impiantati in profondità nel corpo umano. Tali dispositivi potrebbero essere utilizzati per somministrare farmaci, monitorare le condizioni all'interno del corpo, o curare la malattia stimolando il cervello con l'elettricità o la luce.

Gli impianti sono alimentati da onde a radiofrequenza, che può passare in sicurezza attraverso i tessuti umani. Nei test sugli animali, i ricercatori hanno dimostrato che le onde possono alimentare dispositivi situati a 10 centimetri di profondità nei tessuti, da una distanza di 1 metro.

"Anche se questi piccoli dispositivi impiantabili non hanno batterie, ora possiamo comunicare con loro da una distanza al di fuori del corpo. Questo apre tipi completamente nuovi di applicazioni mediche, "dice Fadel Adib, un assistente professore nel Media Lab del MIT e un autore senior del documento, che sarà presentato alla conferenza SIGCOMM (Association for Computing Machinery Special Interest Group on Data Communication) ad agosto.

Poiché non richiedono una batteria, i dispositivi possono essere minuscoli. In questo studio, i ricercatori hanno testato un prototipo delle dimensioni di un chicco di riso, ma anticipano che potrebbe essere reso ancora più piccolo.

"Avere la capacità di comunicare con questi sistemi senza la necessità di una batteria sarebbe un progresso significativo. Questi dispositivi potrebbero essere compatibili con le condizioni di rilevamento e aiutare nella somministrazione di un farmaco, "dice Giovanni Traverso, un assistente professore al Brigham and Women's Hospital (BWH), Facoltà di Medicina di Harvard, un affiliato di ricerca presso il Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT, e un autore del documento.

Altri autori del documento sono il postdoc di Media Lab Yunfei Ma, Zhihong Luo, studente laureato in Media Lab, e il postdoc Christoph Steiger del Koch Institute e dell'affiliato BWH.

Comunicazone wireless

I dispositivi medici che possono essere ingeriti o impiantati nel corpo potrebbero offrire ai medici nuovi modi per diagnosticare, tenere sotto controllo, e curare molte malattie. Il laboratorio di Traverso sta ora lavorando su una varietà di sistemi ingeribili che possono essere utilizzati per somministrare farmaci, monitorare i segni vitali, e rilevare il movimento del tratto gastrointestinale.

Nel cervello, gli elettrodi impiantabili che erogano una corrente elettrica vengono utilizzati per una tecnica nota come stimolazione cerebrale profonda, che è spesso usato per trattare il morbo di Parkinson o l'epilessia. Questi elettrodi sono ora controllati da un dispositivo simile a un pacemaker impiantato sotto la pelle, che potrebbe essere eliminato se si utilizza l'alimentazione wireless. Gli impianti cerebrali wireless potrebbero anche aiutare a fornire luce per stimolare o inibire l'attività dei neuroni attraverso l'optogenetica, che finora non è stato adattato per l'uso nell'uomo, ma potrebbe essere utile per il trattamento di molti disturbi neurologici.

Attualmente, dispositivi medici impiantabili, come pacemaker, portare le proprie batterie, che occupano la maggior parte dello spazio sul dispositivo e offrono una durata limitata. Adib, chi immagina molto più piccolo, dispositivi senza batteria, ha esplorato la possibilità di alimentare in modalità wireless dispositivi impiantabili con onde radio emesse da antenne esterne al corpo.

Fino ad ora, questo è stato difficile da ottenere perché le onde radio tendono a dissiparsi mentre attraversano il corpo, quindi finiscono per essere troppo deboli per fornire energia sufficiente. Per superarlo, i ricercatori hanno ideato un sistema che chiamano "In Vivo Networking" (IVN). Questo sistema si basa su una serie di antenne che emettono onde radio di frequenze leggermente diverse. Mentre le onde radio viaggiano, si sovrappongono e si combinano in modi diversi. In certi punti, dove i punti più alti delle onde si sovrappongono, possono fornire energia sufficiente per alimentare un sensore impiantato.

"Abbiamo scelto frequenze leggermente diverse tra loro, e così facendo, sappiamo che ad un certo punto nel tempo questi raggiungeranno i loro massimi allo stesso tempo. Quando raggiungono i loro massimi allo stesso tempo, sono in grado di superare la soglia di energia necessaria per alimentare il dispositivo, "dice Adib.

Con il nuovo sistema, i ricercatori non hanno bisogno di conoscere la posizione esatta dei sensori nel corpo, poiché la potenza viene trasmessa su una vasta area. Ciò significa anche che possono alimentare più dispositivi contemporaneamente. Nello stesso momento in cui i sensori ricevono un'esplosione di potenza, ricevono anche un segnale che dice loro di ritrasmettere le informazioni all'antenna. Questo segnale potrebbe essere utilizzato anche per stimolare il rilascio di un farmaco, una scarica di elettricità, o un impulso di luce, dicono i ricercatori.

Potenza a lunga distanza

Nei test sui maiali, i ricercatori hanno dimostrato di poter inviare energia fino a un metro al di fuori del corpo, a un sensore che si trovava a 10 centimetri di profondità nel corpo. Se i sensori si trovano molto vicino alla superficie della pelle, possono essere alimentati fino a 38 metri di distanza.

"Attualmente c'è un compromesso tra quanto in profondità puoi andare e quanto lontano puoi andare fuori dal corpo, "dice Adib.

I ricercatori stanno ora lavorando per rendere più efficiente l'erogazione di energia e trasferirla su distanze maggiori. Questa tecnologia ha anche il potenziale per migliorare le applicazioni RFID in altre aree come il controllo dell'inventario, analisi al dettaglio, e ambienti "intelligenti", consentendo il monitoraggio e la comunicazione di oggetti a più lunga distanza, dicono i ricercatori.