I ricercatori di Caltech hanno sviluppato un sensore di pressione impiantabile che può risiedere nell'occhio umano per anni mentre invia in modalità wireless dati sulla salute dell'occhio al paziente o ai professionisti del settore medico. L'impianto potrebbe facilitare la prevenzione di una delle principali cause di cecità.

"Riunendo nuovi imballaggi e tecnologie microelettroniche, e in stretta collaborazione con oftalmologi, siamo stati in grado di progettare un miniaturizzato, completamente senza fili, e sensore altamente sensibile, "dice Azita Emami, Andrew e Peggy Cherng di Caltech Professore di ingegneria elettrica e ingegneria medica e ricercatore dell'Heritage Medical Research Institute, e coautore della carta.

Il sensore è progettato per monitorare gli occhi dei pazienti con glaucoma, una malattia che provoca la graduale perdita della vista, di solito a causa di una pressione eccessiva all'interno dell'occhio. Il glaucoma è la seconda causa più comune di cecità dopo la cataratta, che colpisce 65 milioni di persone in tutto il mondo.

I pazienti a rischio di glaucoma sono tenuti a fare visite regolari da un oftalmologo per controllare la loro pressione intraoculare (pressione oculare), di solito con un dispositivo chiamato tonometro. Un tonometro preme un piccolo prisma contro la superficie dell'occhio e determina la pressione all'interno misurando quanto devia la superficie, un po' come una persona che stringe un pallone da basket con le dita per vedere se è sufficientemente gonfio.

I tonometri sono considerati il ​​gold standard per misurare la pressione oculare, ma hanno lo svantaggio di poter misurare la pressione solo mentre il paziente è in visita dal medico. Ciò rappresenta un problema perché la pressione oculare fluttua durante il giorno, e se si verificano picchi di pressione al di fuori di quando un paziente sta facendo un controllo, il loro medico non saprà che stanno accadendo. La procedura richiede anche l'uso dell'anestesia locale.

Aubrey Shapero e Abhinav Agarwal (MS '14)—studenti laureati in Ingegneria e scienze applicate Caltech che lavorano nei laboratori di Yu-Chong Tai, la Professoressa Anna L. Rosen di Ingegneria Elettrica e Ingegneria Medica, ed Emami—hanno creato un dispositivo in grado di monitorare continuamente la pressione oculare.

"Con il nostro dispositivo wireless impiantato, un paziente potrebbe leggere la pressione degli occhi in qualsiasi momento, tutte le volte che vogliono, "dice Agarwal, coautore del documento che descrive il loro impianto. "Rilevare precocemente la pressione oculare elevata consentirebbe al medico di modificare la terapia, se necessario, per prevenire un'ulteriore perdita della vista".

Il dispositivo è un po' più piccolo di un centesimo ed è impiantato in un punto sul bianco dell'occhio dove non interferirà con la visione. È costituito da un sensore di pressione, circuiti di controllo, e un'antenna. L'impianto non ha batteria, rendendolo piccolo e duraturo. Durante una lettura, le onde radio da uno scanner portatile vengono ricevute dall'antenna e generano una piccola tensione che alimenta temporaneamente il dispositivo, che poi rileva la pressione e rimanda il segnale al lettore utilizzando la stessa antenna.

Un grande progresso con il dispositivo è la sua longevità funzionale, fino a quattro anni secondo le proiezioni basate su test di laboratorio accelerati. Altri tentativi di costruire dispositivi simili sono stati ostacolati dal duro ambiente all'interno del corpo umano. Tra fluidi che corrodono l'elettronica e sensori contaminati dalla crescita dei tessuti, altri dispositivi precedentemente sviluppati sia al Caltech che altrove hanno funzionato per un mese al massimo prima di dover essere rimossi.

Il team di Caltech ha superato questo problema incapsulando il proprio dispositivo in un rivestimento specializzato che consiste in una bolla di olio di silicone circondata da un polimero biocompatibile chiamato parylene.

"La tecnica di incapsulamento, che chiamiamo 'parylene-on-oil, ' è la nostra svolta chiave, " Afferma Shapero. "La combinazione di olio di silicone liquido e parylene mostra una stabilità di lettura della pressione e una protezione dalla corrosione molto maggiori rispetto al solo gel di silicone o al solo parylene.

Il dispositivo potrebbe anche essere modificato per fornire un trattamento aggiungendo una valvola che rilascerebbe piccole quantità di fluido come lacrime, quando la pressione aumenta troppo, dice Shapero.

"Vorremmo creare un dispositivo di drenaggio del glaucoma 'intelligente' in cui un singolo impianto potrebbe misurare la pressione oculare e alleviare la pressione eccessiva, " dice. "A lungo termine, vorremmo costruire un sistema a circuito chiuso, che potrebbe regolare automaticamente il flusso attraverso la valvola in base alla lettura della pressione."

I ricercatori dicono che sperano di continuare a sviluppare il dispositivo e potrebbero iniziare a testarlo sui pazienti nei prossimi anni.

"Ci stiamo preparando per ulteriori test con i nostri collaboratori presso la Keck School of Medicine della USC, e puntiamo alla fine a ottenere sperimentazioni cliniche sull'uomo e l'approvazione della FDA per l'uso nei pazienti, "dice Agarwal.

La carta, intitolato, "Un senza fili, Deriva bassa, Sensore di pressione intraoculare impiantabile con incapsulamento in parilene su olio, " è stato presentato alla IEEE Custom Integrated Circuits Conference (CICC) a San Diego in aprile. È stato pubblicato nel IEEE Xplore Banca dati.