I ricercatori del MIT e della Northeastern hanno ideato un nuovo sistema per monitorare gli indicatori biomedici, come i livelli di sodio o glucosio nel sangue, che un giorno potrebbe portare a dispositivi impiantabili che consentirebbero, Per esempio, persone con diabete di controllare la glicemia semplicemente guardando un'area della pelle.

Numerosi ricercatori hanno sviluppato sistemi basati su microparticelle:cavi, particelle microscopiche riempite con sostanze chimiche specifiche — per il monitoraggio delle condizioni biomediche o per la somministrazione selettiva di farmaci a determinati organi o aree del corpo. Ma uno svantaggio di questi sistemi è che le particelle sono abbastanza piccole da essere spazzate via dal sito iniziale nel tempo. Il nuovo sistema prevede un diverso tipo di microparticella che può evitare questo problema.

Mentre le particelle tradizionali sono sferiche, le nuove particelle hanno la forma di lunghi tubi. La larghezza ridotta dei tubi, che è paragonabile a quello delle microparticelle precedentemente studiate, mantiene il contenuto dei tubi in prossimità del sangue o dei tessuti corporei, rendendo facile per le particelle rilevare e rispondere a condizioni chimiche o di altro tipo nell'ambiente circostante. La lunghezza relativamente maggiore dei tubi mantiene i tubi molto ben ancorati in posizione per il monitoraggio a lungo termine, forse per mesi.

Le particelle alla fine potrebbero essere utilizzate per monitorare i livelli di glucosio dei diabetici oi livelli di sale di quelli con una condizione che può causare oscillazioni nelle concentrazioni di sale nel sangue.

Le nuove scoperte vengono riportate sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , in un articolo pubblicato online a gennaio e presto disponibile nella versione cartacea. È stato co-autore di Karen Gleason, l'Alexander e I. Michael Kasser Professore di Ingegneria Chimica al MIT; Heather Clark, professore di scienze farmaceutiche alla Northeastern University; il ricercatore post-dottorato del MIT Gozde Ozaydin-Ince; e il dottorando del nordest J. Matthew Dubach.

Il processo di creazione delle nuove nanoparticelle è una derivazione del lavoro di Gleason su un metodo di rivestimento dei materiali mediante vaporizzazione del materiale di rivestimento e lasciandolo depositare su una superficie da rivestire. Nel lavoro pubblicato il mese scorso, lei e i suoi collaboratori avevano dimostrato che questa tecnica - chiamata deposizione chimica da vapore (CVD) - poteva essere utilizzata per rivestire un materiale contenente pori microscopici, rendendo così i pori ancora più piccoli e dando loro una superficie che potrebbe rispondere alle proprietà chimiche dei materiali che li attraversano.

Questo nuovo lavoro utilizza CVD per rivestire uno strato di ossido di alluminio che è stato inciso per contenere piccoli pori, e, come nel lavoro precedente, il rivestimento si estende fino alle pareti di questi pori. Ma poi il materiale rivestito stesso viene dissolto, lasciando solo una serie di tubi cavi dove prima c'erano i pori. Prima di ciò, anche se, si può aggiungere un altro materiale, qualcosa che risponda all'ambiente, o un farmaco da consegnare, Per esempio. I tubi vengono quindi tappati alle due estremità.

Gleason spiega che questi “microworms, "come li chiama lei, può quindi essere iniettato sotto la pelle per formare un "tatuaggio" fluorescente. emette luce di un particolare colore — in risposta alla presenza di una specifica sostanza chimica, “il grado di fluorescenza fornisce un monitoraggio fisiologico continuo di una specifica sostanza chimica” nel corpo, e può essere monitorato attraverso la pelle. La luce emessa dalla sostanza chimica fluorescente “è visibile all'occhio umano, e quindi direttamente interpretabili dal paziente senza bisogno di monitor ingombranti, "dice lei.

Mentre i microworm iniziali sono stati creati per rilevare i livelli di sale, e sono stati testati con successo nei topi, ci sono una varietà di potenziali applicazioni, dice Gleason. Una possibilità significativa è misurare i livelli di glucosio:"Un controllo stretto sui livelli di glucosio può aiutare le persone a evitare i devastanti effetti collaterali del diabete, la prima causa di insufficienza renale, cecità negli adulti, danno al sistema nervoso, e amputazioni e anche un importante fattore di rischio per l'insufficienza cardiaca, ictus e malformazioni congenite, "dice lei. Il diabete colpisce attualmente più di 20 milioni di persone negli Stati Uniti, e si prevede che raddoppierà in 25 anni.

I tubi sono così piccoli - circa 200 nanometri di diametro, o meno di un centesimo della larghezza di un capello umano - che "il corpo non pensa nemmeno che siano lì, "Gleason dice, consentendo loro di operare in "modalità invisibile" senza innescare alcuna risposta fisica.

Raoul Kopelman, il Professore di Chimica dell'Università Richard Smalley, Professore di Fisica e Fisica Applicata e Ricerca di Ingegneria Biomedica presso l'Università del Michigan, chiama questo “lavoro di alta qualità da parte di un team di esperti, "e dice, “In linea di principio, questo potrebbe aprire la strada per evitare esami del sangue, che necessitano di un laboratorio centrale, infermieri esperti, tempi e costi aggiuntivi. Potrebbe essere fatto in uno studio medico, o anche a casa. Eviterà anche complicazioni per i pazienti con "difficoltà, ' o vene "esaurite", pazienti che assumono anticoagulanti, ecc.” Tuttavia, ha avvertito che "Il più grande ostacolo è il fattore di sicurezza, cioè l'approvazione della FDA. La FDA potrebbe non solo preoccuparsi della tossicità chimica a lungo termine e della bioeliminazione, ma anche sulle complicazioni, cioè potrebbe innescare coaguli di sangue?"

Oltre al fatto che questi microworm rimangono in posizione quando vengono iniettati nel corpo, il loro stesso processo di fabbricazione offre un vantaggio significativo, dice Gleason. Poiché CVD è un metodo di produzione standard utilizzato nell'industria dei semiconduttori, la fabbricazione di questi dispositivi dovrebbe essere relativamente facile ed economica.

Gleason dice, “Si può immaginare di usare questo tipo di tubi per confezionare qualsiasi cosa, "compresi i farmaci che potrebbero essere somministrati lentamente nel tempo attraverso piccole aperture nei tubi.