Gli scienziati della Rutgers University-New Brunswick hanno creato un sensore a base di grafene che potrebbe portare a un rilevamento precoce di attacchi di asma incombenti e migliorare la gestione dell'asma e di altre malattie respiratorie, prevenire ricoveri e decessi.

Il sensore apre la strada allo sviluppo di dispositivi - forse simili a fitness tracker come Fitbit - che le persone potrebbero indossare e quindi sapere quando e a quale dosaggio assumere i farmaci.

"La nostra visione è sviluppare un dispositivo che qualcuno con asma o un'altra malattia respiratoria possa indossare al collo o al polso e soffiarci dentro periodicamente per prevedere l'insorgenza di un attacco d'asma o altri problemi, " ha detto Mehdi Javanmard, professore a contratto presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica. "Fa avanzare il campo della medicina personalizzata e di precisione".

Javanmard e un team eterogeneo di esperti di Rutgers-New Brunswick descrivono la loro invenzione in uno studio pubblicato oggi online sulla rivista Microsistemi e nanoingegneria .

Asma, che provoca infiammazione delle vie aeree e ostruisce il flusso d'aria, colpisce circa 300 milioni di persone nel mondo. Circa 17,7 milioni di adulti e 6,3 milioni di bambini negli Stati Uniti sono stati diagnosticati con asma nel 2014. I sintomi includono tosse, respiro sibilante, fiato corto, e oppressione toracica. Altre gravi malattie polmonari includono la broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO), che comprende l'enfisema e la bronchite cronica.

I metodi non invasivi odierni per la diagnosi e il monitoraggio dell'asma sono limitati nel caratterizzare la natura e il grado di infiammazione delle vie aeree, e richiedono costosi, apparecchiature ingombranti che i pazienti non possono tenere facilmente con sé. I metodi includono la spirometria, che misura la capacità respiratoria, e test per l'ossido nitrico esalato, un indicatore di infiammazione delle vie aeree. C'è un urgente bisogno di miglioramento, metodi minimamente invasivi per la diagnosi molecolare e il monitoraggio dell'asma, lo studio dice.

La misurazione dei biomarcatori nel condensato del respiro esalato - minuscole goccioline di liquido scaricate durante la respirazione - può contribuire alla comprensione dell'asma a livello molecolare e portare a un trattamento mirato e a una migliore gestione della malattia.

Il sensore elettrochimico miniaturizzato dei ricercatori Rutgers misura con precisione i nitriti nel condensato del respiro esalato utilizzando ossido di grafene ridotto. L'ossido di grafene ridotto resiste alla corrosione, ha proprietà elettriche superiori ed è molto preciso nel rilevare i biomarcatori. Il grafene è un sottile strato di grafite utilizzato nelle matite.

"Il livello di nitriti nel condensato del respiro è un biomarcatore promettente per l'infiammazione del tratto respiratorio. Avendo un rapido, un metodo semplice per misurarlo può aiutare un asmatico a determinare se gli inquinanti atmosferici lo stanno influenzando in modo che possano gestire meglio l'uso di farmaci e l'attività fisica, " disse Clifford Weisel, coautore dello studio e professore al Rutgers' Environmental and Occupational Health Sciences Institute (EOHSI). "Potrebbe anche essere utilizzato nell'ufficio di un medico e nei reparti di emergenza per monitorare l'efficacia di vari farmaci antinfiammatori per ottimizzare il trattamento".

"L'aumento dell'infiammazione delle vie aeree può essere un segnale premonitore di un aumento del rischio di un attacco d'asma o di un'esacerbazione della BPCO, consentendo misure o trattamenti preventivi più tempestivi e più efficaci, " ha detto Robert Laumbach, coautore dello studio e medico di medicina del lavoro e ambientale presso l'EOHSI.

"Solo guardando la tosse, respiro sibilante e altri sintomi esteriori, l'accuratezza della diagnosi è spesso scarsa, ecco perché questa idea di monitorare continuamente i biomarcatori può portare a un cambiamento di paradigma, " disse Javanmard, che lavora presso la Facoltà di Ingegneria. "La capacità di eseguire la quantificazione senza etichetta del contenuto di nitriti nel condensato del respiro esalato in un unico passaggio senza alcun pretrattamento del campione risolve un collo di bottiglia chiave per consentire la gestione portatile dell'asma".

Il prossimo passo è sviluppare un portatile, sistema indossabile, che potrebbe essere disponibile in commercio entro cinque anni, Egli ha detto. I ricercatori prevedono anche di espandere il numero di biomarcatori di infiammazione che un dispositivo potrebbe rilevare e misurare.

"Solo negli Stati Uniti, infiammazione allergica, l'asma e varie condizioni respiratorie sono in aumento, quindi dispositivi che possono aiutare a diagnosticare, monitorare e gestire queste condizioni sarà molto richiesto, " ha detto Javanmard.