Un nuovo dispositivo sviluppato dai ricercatori della Stanford University potrebbe rendere più facile per i medici monitorare il successo della chirurgia dei vasi sanguigni. Il sensore, dettagliato in un articolo pubblicato l'8 gennaio in Ingegneria biomedica della natura , controlla il flusso di sangue attraverso un'arteria. è biodegradabile, senza batteria e senza fili, quindi è compatto e non ha bisogno di essere rimosso e può avvisare il medico del paziente se c'è un blocco.

"La misurazione del flusso sanguigno è fondamentale in molte specialità mediche, quindi un sensore biodegradabile wireless potrebbe avere un impatto su più campi tra cui vascolare, trapianto, chirurgia ricostruttiva e cardiochirurgia, "ha detto Paige Fox, assistente professore di chirurgia e co-autore senior del documento. "Mentre cerchiamo di curare i pazienti in tutta la Bay Area, Valle Centrale, California e oltre, questa è una tecnologia che ci consentirà di estendere le nostre cure senza richiedere visite o test faccia a faccia".

Monitorare il successo dell'intervento chirurgico sui vasi sanguigni è impegnativo poiché il primo segno di difficoltà spesso arriva troppo tardi. A quel punto, il paziente ha spesso bisogno di un intervento chirurgico aggiuntivo che comporta rischi simili alla procedura originale. Questo nuovo sensore potrebbe consentire ai medici di tenere d'occhio un vaso di guarigione da lontano, creare opportunità per interventi precoci.

Flusso o no

Il sensore avvolge comodamente il vaso di guarigione, dove il sangue che pulsa spinge sulla sua superficie interna. Quando la forma di quella superficie cambia, altera la capacità del sensore di immagazzinare carica elettrica, che i medici possono rilevare a distanza da un dispositivo situato vicino alla pelle ma all'esterno del corpo. Quel dispositivo richiede una lettura eseguendo il ping dell'antenna del sensore, simile a uno scanner per carte d'identità. Nel futuro, questo dispositivo potrebbe presentarsi sotto forma di toppa adesiva o essere integrato in altre tecnologie, come un dispositivo indossabile o uno smartphone.

I ricercatori hanno prima testato il sensore in un ambiente artificiale in cui hanno pompato aria attraverso un tubo delle dimensioni di un'arteria per imitare il flusso sanguigno pulsante. Il chirurgo Yukitoshi Kaizawa, un ex borsista postdottorato a Stanford e coautore del documento, ha anche impiantato il sensore intorno a un'arteria in un ratto. Anche su una scala così piccola, il sensore ha segnalato correttamente il flusso sanguigno al lettore wireless. A questo punto, erano interessati solo a rilevare blocchi completi, ma hanno visto indicazioni che le versioni future di questo sensore potrebbero identificare fluttuazioni più fini del flusso sanguigno.

Il sensore è una versione wireless della tecnologia che l'ingegnere chimico Zhenan Bao ha sviluppato per dare alle protesi un delicato senso del tatto.

"Questo ha una storia, " disse Bao, il K. K. Lee Professor presso la School of Engineering e co-autore senior dell'articolo. "Siamo sempre stati interessati a come utilizzare questo tipo di sensori nelle applicazioni mediche, ma ci è voluto un po' di tempo per trovare la soluzione giusta".

I ricercatori hanno dovuto modificare i materiali del sensore esistente per renderlo sensibile al sangue pulsante ma abbastanza rigido da mantenerne la forma. Dovevano anche spostare l'antenna in un luogo sicuro, non influenzato dalla pulsazione, e riprogettare il condensatore in modo che possa essere posizionato attorno a un'arteria.

"Era un progetto molto impegnativo e ha richiesto molti cicli di esperimenti e riprogettazione, " ha detto Levent Beker, co-autore principale dell'articolo e borsista post-dottorato nel laboratorio Bao. "Sono sempre stato interessato alle applicazioni mediche e implantari e questo potrebbe aprire molte opportunità per il monitoraggio o la telemedicina per molte operazioni chirurgiche".

Fare collegamenti

L'idea di un sensore dell'arteria ha cominciato a prendere forma quando l'ex borsista post-dottorato Clementine Boutry del laboratorio Bao ha contattato Anaïs Legrand, che era un borsista post-dottorato nel laboratorio Fox, e collegò quei gruppi, insieme al laboratorio di James Chang, il Johnson e Johnson Professore di Chirurgia.

Una volta che hanno messo gli occhi sul monitor biodegradabile del flusso sanguigno, la collaborazione ha vinto un Postdocs 2017 presso l'Interface seed grant di Stanford ChEM-H, che supporta le collaborazioni di ricerca post-dottorato che esplorano nuove idee potenzialmente trasformative.

"Entrambi stimiamo i nostri ricercatori post-dottorato, ma non abbiamo previsto il vero valore che questo incontro avrebbe avuto per una partnership produttiva a lungo termine, " disse Volpe.

I ricercatori stanno ora trovando il modo migliore per fissare i sensori ai vasi e affinare la loro sensibilità. Sono anche impazienti di scoprire quali altre idee verranno man mano che l'interesse cresce in quest'area interdisciplinare.

"L'uso di sensori per consentire a un paziente di scoprire i problemi in anticipo sta diventando una tendenza per la salute di precisione, " Bao ha detto. "Ci vorrà gente di ingegneria, dalla scuola di medicina e dai data people a lavorare davvero insieme, e i problemi che possono affrontare sono molto eccitanti."