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La maggior parte degli impianti medici, dai pacemaker alle pompe per l’insulina, lavora in totale isolamento, senza scambiare informazioni con gli altri dispositivi presenti nell’organismo. Per superare questo limite un gruppo di ricercatori del Georgia Tech ha creato una rete di impianti che comunicano usando il tessuto corporeo come se fosse un cavo, rinunciando ad antenne e onde radio.
Oggi i dispositivi impiantabili capaci di dialogare si affidano quasi sempre al Bluetooth Low Energy o alla tecnologia NFC. Soluzioni poco adatte all’interno del corpo, spiega Alex Abramson, ingegnere del Georgia Tech e coautore dello studio. C’è anzitutto il problema dell’energia, perché tenere un impianto pronto a rispondere in pochi millisecondi via Bluetooth è molto complicato e i componenti radio attivi possono ridurre la durata della batteria fino al 90%. Poi le onde radio attraversano male i tessuti e i guai cominciano già oltre un centimetro di percorso. Infine lo spazio, visto che i componenti Bluetooth commerciali richiedono dispositivi larghi almeno cinque millimetri, mentre sotto i tre millimetri un impianto si può iniettare con una siringa in ambulatorio evitando la sala operatoria.
Impianti medici in rete: come funziona SWANS, la rete ispirata ai neuroni
La soluzione si chiama SWANS, sigla di Smart Wireless Autonomous Networking System, e si ispira al sistema nervoso. Come i neuroni, che comunicano spostando ioni sodio e potassio attraverso le membrane, sfrutta la conduzione ionica, ma al posto dei nervi usa il normale tessuto. Il principio non è del tutto inedito, dato che una pillola approvata dalla FDA chiamata Abilify MyCite lo impiega per segnalare a un cerotto cutaneo di essere stata ingerita. Quei sistemi però collegano solo due dispositivi, mentre qui l’obiettivo era metterne in rete molti.
Il sistema si compone di un hub indossabile, un circuito flessibile che legge i dati dei sensori, esegue gli algoritmi decisionali ed emette impulsi fino a 12 volt. Un cerotto di microaghi in acciaio inossidabile porta quegli impulsi oltre lo strato più esterno della pelle, poco conduttivo, fino a una serie di impianti iniettabili dotati di piastre di ricezione, un transistor, una batteria e un sensore oppure un attuatore come uno stimolatore nervoso. L’intelligenza risiede tutta nell’hub, così gli impianti restano piccoli e semplici.
Ogni impulso genera un campo elettrico che raggiunge tutti i dispositivi, ma reagisce solo quello giusto, un po’ come in una stanza affollata si gira soltanto chi sente il proprio nome. Merito di resistenze e condensatori che fanno scattare il transistor solo con una precisa combinazione di intensità e durata, anche se le soglie vanno calibrate in base al corpo e alla posizione. In ascolto gli impianti non consumano quasi nulla e la batteria dura oltre 15 volte di più rispetto a Bluetooth e NFC. Un impianto completo misura 3 per 1,1 per 17 millimetri e passa attraverso un ago di calibro 6.
Dai test sui ratti ai limiti della tecnologia
Le prove sono state condotte su petti di pollo, pancette di maiale con pelle e ossa e ratti vivi. Nella pancetta un impulso da 10 volt ha prodotto un segnale rilevabile su oltre 30 centimetri e fino a 14 centimetri di profondità, una copertura più di 10 volte superiore a quella delle tecnologie radio. Nei ratti il segnale ha raggiunto impianti sottocutanei, addominali e perfino nello stomaco, con l’hub appoggiato sulla pancia capace di attivare dispositivi sul dorso. Nell’esperimento più avanzato i sensori sulle zampe anteriori rilevavano il movimento e l’hub inviava un impulso all’impianto sulla zampa posteriore corrispondente, stimolando il nervo sciatico e facendola contrarre. Un altro test ha collegato due impianti, con un sensore di temperatura che passava il segnale solo in caso di febbre oltre i 40 °C.
Sul fronte della sicurezza tensioni e durate sono simili a quelle di pacemaker e neurostimolatori. In due mesi si è formato tessuto cicatriziale spesso fino a un millimetro, ma alzando la tensione entro limiti sicuri la comunicazione non si è mai interrotta. Nessun nervo diverso da quello bersaglio è stato stimolato e l’attività elettrica del cuore è rimasta invariata, senza aumenti di morte cellulare o stress ossidativo.
SWANS trasmette pochi dati per scelta, puntando a sistemi minuscoli e a bassissimo consumo, e non è ancora stato sperimentato su grandi animali né sull’uomo, anche se gli studi preliminari su animali di grossa taglia appaiono promettenti. Oggi neurostimolazione e somministrazione di farmaci restano separate, nonostante in malattie come l’epilessia assumere un medicinale al momento giusto porti benefici. Secondo Abramson il nuovo protocollo, indipendente da sensori e attuatori, può essere integrato negli impianti esistenti per costruire una rete completa di terapie all’interno del corpo.
Fonte: TecnoAndroid
