211service.com
Medico del campo di battaglia su un chip
La maggior parte delle morti sul campo di battaglia avviene entro mezz'ora dall'infortunio, spesso troppo rapidamente perché un soldato possa raggiungere un medico, figuriamoci un ospedale. Ma una collaborazione tra i ricercatori dell'Università della California, San Diego (UCSD) e della Clarkson University, a New York, mira a cambiare tutto ciò con un chip in grado di rilevare le lesioni e trattarle quasi istantaneamente.
Sensore intelligente: Joseph Wang spera di utilizzare elettrodi flessibili, come quello che tiene qui, per creare un chip che diagnostichi le lesioni sul campo di battaglia.
Al centro della ricerca c'è un sensore, ancora in fase di sviluppo, che potrebbe essere utilizzato per monitorare continuamente il sangue, il sudore o persino le lacrime di un soldato per i biomarcatori. Tutti questi fluidi contengono glucosio, ossigeno, lattasi e l'ormone noradrenalina, che fluttuano a seconda della salute e dei livelli di attività di una persona. Cambiamenti specifici e collettivi in questi marker possono indicare la presenza di un infortunio. E una volta che il sensore lo rileva, potrebbe trasmettere le informazioni altrove sul chip, o su un altro chip, e innescare il rilascio di un farmaco appropriato. Questa, almeno, è l'idea; la realtà, tuttavia, potrebbe impiegare un po' di tempo per svilupparsi.
Il capo del progetto, Giuseppe Wang , è un professore di nanoingegneria alla UCSD il cui ufficio è pieno di sensori elettronici di ogni forma ma solo di due dimensioni: piccoli e ancora più piccoli. Wang, che in precedenza ha contribuito a sviluppare un monitor del glucosio non invasivo che campiona il sudore, non è estraneo al rilevamento continuo. Ma piuttosto che rilevare un solo segnale, il nuovo sensore dovrà differenziare tra più marcatori e interpretare i risultati.
Per fare questo, Wang sta collaborando con Clarkson's evgeny katz , che ha recentemente creato un sistema che utilizza una porta logica basata su enzimi non solo per misurare una combinazione di biomarcatori, ma anche per utilizzare i risultati per fare una diagnosi limitata. Il sistema di Katz si basa su reazioni enzimatiche: in presenza di determinati prodotti enzimatici, una serie di porte viene sbloccata e innesca una specifica reazione a catena; altri prodotti attivano un insieme di porte completamente diverso. Il risultato finale è una catena logica che ha il potenziale per identificare determinate condizioni mediche.
Finora, la diagnostica della logica enzimatica di Katz funziona solo in soluzione. Ma Wang e Katz immaginano un sistema che utilizzerà un sensore elettronico, uno contenente enzimi, per rilevare la presenza o l'assenza dei quattro biomarcatori sopra menzionati: glucosio, ossigeno, lattasi e norepinefrina. In diverse combinazioni, questi biomarcatori possono indicare lesioni diverse, come traumi cerebrali o shock. A seconda della lesione, gli elettrodi tradurrebbero i risultati enzimatici in un codice che attiva le membrane segnale-dipendenti per rilasciare il farmaco appropriato. Se un soldato dovesse andare in shock emorragico, per esempio, l'elettrodo rileverebbe livelli crescenti di lattato, glucosio e noradrenalina. Quando la miscela di prodotti degli enzimi elettrodici inizia a cambiare, la reazione attiverebbe la porta logica unica per lo shock e, potenzialmente, segnale per il rilascio del farmaco appropriato. Vogliamo costruire un sensore intelligente e intelligente in grado di distinguere tra diverse lesioni, prendere la decisione di trattare e, una volta riconosciuta la lesione, trattarla in modo appropriato, afferma Wang.
Se tutto questo suona un po' teorico, è perché lo è. Katz e Wang si aspettano che ci vorranno quattro anni prima che il loro progetto appena finanziato raggiunga il completamento. In questa fase, Katz non può nemmeno dire con certezza quali lesioni il loro sistema potrebbe essere in grado di riconoscere o esattamente come potrebbe trattarle. In questo momento, dice, stanno semplicemente progettando una porta logica in grado di distinguere tra diverse lesioni: come appaiono le combinazioni di biomarcatori e il codice enzimatico per interpretarle. Successivamente decideranno quali fluidi corporei funzionerebbero meglio e da lì potranno iniziare la progettazione degli elettrodi.
Delle centinaia di sensori nell'ufficio di Wang, ne indica alcuni che ritiene possano essere modelli utili. Uno, pensato per essere arrotolato in un cilindro stretto, è così minuto che potrebbe entrare in un condotto lacrimale. Un altro, più grande, potrebbe avere un piccolo sensore sottocutaneo che si trova appena sotto la pelle. Vogliamo qualcosa che sia minimamente invasivo o, più desiderabilmente, non invasivo, che possa campionare lacrime, saliva o sudore, dice.
I ricercatori hanno un grande compito davanti a loro. Penso che una sfida importante sia scoprire dalle cose che possono percepire, quanto saranno affidabili in una situazione sul campo di battaglia, dice Martin Bazant , professore di ingegneria meccanica alla Stanford University. Riuscirai ad aggiungere valore al soldato senza aggiungere peso o rischio di malfunzionamenti?
Bazant ha familiarità con le difficoltà di progettare per i soldati in combattimento: è stato uno dei membri fondatori del MIT's Istituto per le nanotecnologie del soldato –e nota che lo sviluppo del sensore stesso sarebbe un enorme vantaggio. Avere la capacità di rilevare livelli accurati di tali sostanze chimiche in tempo reale sul campo di battaglia, in modo affidabile, è già interessante, afferma. Un medico potrebbe leggerlo e usarlo per determinare quanto è critico un paziente, se è necessario un trattamento, se un paziente deve essere spostato in un'altra posizione. Tuttavia, Bazant è scettico sull'uso di un sistema completamente automatizzato per il rilevamento delle lesioni e il dosaggio dei farmaci in assenza di un medico.
Se Wang e Katz avranno successo, il loro progetto avrà applicazioni non solo in tempo di guerra, ma anche nella medicina quotidiana. I medici hanno sempre bisogno di sensori che forniscano un'immagine più accurata di ciò che accade nel corpo di un paziente. Potrebbe essere adattato per rilevare marcatori cardiaci, ad esempio per diagnosticare rapidamente un infarto o un ictus. Questo può essere utile ogni volta che abbiamo qualcosa di urgente che richiede un'azione rapida, dice Wang.