Innovazioni tecnologiche biomediche

Le innovazioni scientifico-tecnologiche al servizio della medicina per migliorare la qualità della vita delle persone

Dalla robotica alla stampa 3D, dalla biologia sintetica alla realtà virtuale, dall’ingegneria biomedica alle nanotecnologie: l’evoluzione della medicina è, e sarà, strettamente legata alle tecnologie all’avanguardia. La combinazione di discipline quali anatomia, biologia molecolare, chimica, ingegneria, meccanica, elettronica (e non solo) permetterà di fare un ulteriore passo avanti. Parliamo di dispositivi medici in grado di migliorare la qualità della vita dei pazienti, di rendere meno invasive le pratiche chirurgiche, di aumentare l’aderenza alle terapie, di semplificare alcune procedure complesse e di facilitare la diagnosi.

Facendo un immaginario salto indietro a fine ‘800, con l’introduzione dell’elettricità e dei raggi X inizia l’era della diagnostica per immagini, fino ad allora sconosciuta. Negli anni ’30 del Novecento viene inventata la tomografia e, 50 anni più tardi, questa tecnica incontra l’informatica e dà origine alla tomografia assiale computerizzata (TAC). Negli ultimi decenni si sono aggiunte la risonanza magnetica nucleare (RMN), la tomografia a emissione di positroni (PET), la tomografia a emissione di fotone singolo (SPECT). Oggi l’intelligenza artificiale è in grado di fornire una prima diagnosi “guardando” una di queste immagini. Questo è solo un esempio. La velocità con cui la tecnologia sta rivoluzionando la medicina è sempre maggiore e la tecnologia è la forza trainante di questo processo.

Sono stati creati dei mini-organi per la sperimentazione diretta sulle cellule umane, si stanno studiando gli xenotrapianti, i robot hanno già trovato il loro posto in chirurgia e stanno evolvendo ancora, la stampa 3D utilizza tessuti biocompatibili per essere applicata in medicina, i dispositivi si fanno più piccoli e precisi, migliorando la chirurgia e la riabilitazione. Il progresso scientifico-tecnologico ha il piede sull’acceleratore e rende fattibili procedimenti che fino a qualche anno fa sembravano impossibili. Scienza e tecnica devono essere strumento dell’uomo, un aiuto e un supporto, senza però rischiare di sostituire le sue competenze uniche, come ad esempio quelle socio-emozionali. L’obiettivo è utilizzarle al meglio delle nostre capacità, per trarne il maggior numero di benefici.

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origami

Ispirandosi all’arte giapponese, i ricercatori hanno costruito nanogabbie auto-assemblanti di DNA in grado di intrappolare virus di grandi dimensioni

A chi non è mai capitato da piccolo di giocare con i mattoncini LEGO? Ogni pezzo si incastra con i suoi complementari per formare castelli, robot o intere città. In laboratorio, i mattoncini LEGO sono le molecole di DNA: ciascuna delle 4 basi azotate presenti su un filamento della doppia elica si unisce alla base azotata complementare sull’altro filamento. I ricercatori possono “incastrare” tra di loro le molecole di DNA come se fossero blocchi da costruzione e piegare le loro lunghe catene come i grandi maestri di origami piegano la carta. Un team dell’Università Tecnica di Monaco ha costruito delle “nano-gabbie” di DNA per catturare virus di grandi dimensioni (maggiore di 100 nm), come ad esempio SARS-CoV-2, prima che entrino nelle cellule. I risultati, ottenuti per ora solo in vitro, sono stati pubblicati su Cell Reports Physical Science.

Mitocondri

Le cellule di pazienti con malattie mitocondriali sono state arricchite con mitocondri sani per sostituire quelli con il DNA difettoso. Pubblicati i risultati, che sono molto incoraggianti

Una paziente costretta a letto e incapace anche solo di mettersi a sedere, è riuscita a stare in piedi dopo una terapia sperimentale effettuata allo Shelba Medical Center di Tel Aviv. La ragazza è affetta dalla sindrome di singola delezione su ampia scala del DNA mitocondriale (SLSMD), malattia multisistemica che colpisce principalmente il midollo osseo, e insieme ad altri 5 pazienti è stata sottoposta al primo trapianto mitocondriale per questa patologia. I mitocondri “malati” non riescono a produrre energia per la cellula perché hanno perso una parte del loro DNA. I medici hanno arricchito le cellule del midollo osseo dei pazienti con mitocondri sani, registrando un miglioramento dei parametri clinici e della qualità di vita. I risultati sono stati pubblicati lo scorso dicembre su Science Translational Medicine.

Globuli rossi

I globuli rossi generati in laboratorio da cellule staminali non sostituiranno i donatori, ma aiuteranno chi ha bisogno di trasfusioni regolari, come i pazienti con l’anemia falciforme

Produrre sangue “artificiale” è una sfida che dura ormai da circa trent’anni, inseguita dai ricercatori di tutto il mondo per far fronte alla carenza di donatori e alle esigenze di pazienti con malattie particolari. Dopo anni di insuccessi, nel 2017 i ricercatori dell’università di Bristol e del NHS Blood and Transplant del Regno Unito sono riusciti a generare in vitro una linea di cellule staminali in grado di trasformarsi nei precursori dei globuli rossi. Così è stata poggiata la prima di una serie di pietre che hanno portato ad avviare lo studio clinico di Fase I RESTORE (REcovery and survival of STem cell Originated REd cells), un traguardo storico perché rappresenta la prima trasfusione di globuli rossi “artificiali” in esseri umani.

Utero

Una bambina con una rara malattia genetica ereditaria è in buona salute e libera dai sintomi grazie alla terapia che le è stata somministrata prima di nascere, nell’utero materno

È una storia triste, ma con un lieto fine, quella di una famiglia pakistana che ha perso due dei suoi bambini a causa di raro difetto enzimatico ereditario. Ma la terza figlia, che ha lo stesso difetto genetico, è viva e in buona salute. Ayla ha già compiuto 16 mesi e non presenta i sintomi cardiaci e muscolari che si manifestano sin dalla vita fetale, e che sono fatali per la maggior parte dei bambini entro i due anni di vita. A cambiare un destino che sembrava già scritto, è stata una procedura sperimentale promossa dall’ospedale di Ottawa, in Canada, con la collaborazione dell’Università della California a San Francisco. I medici hanno somministrato ad Ayla l’enzima mancante attraverso la vena ombelicale, quando era ancora un feto nell’utero materno. Il caso, primo nel suo genere, è stato recentemente pubblicato su The New England of Medicine.

Retina artificiale

Una ricerca “made in Italy” che ha per protagonisti i ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia, del Policlinico San Martino di Genova e dell’Ospedale Sacro Cuore Don Calabria di Negrar

A leggerla superficialmente potrebbe sembrare la trama di un film di fantascienza anziché una complessa ricerca che mescola elementi di biologia cellulare, fisica dei materiali ed alta tecnologia. Invece è una chiara testimonianza di quanto gli avanzamenti tecnologici di questi ultimi anni stiano rendendo possibile lo sviluppo di pratiche mediche considerate solo un sogno fino a pochi anni fa. Di fatto, è grazie agli studi di un gruppo di scienziati italiani che sono stati compiuti enormi passi avanti per la messa a punto di una retina artificiale liquida che può essere iniettata negli occhi di quelle persone che soffrano di distrofie retiniche gravi come la retinite pigmentosa. La ricerca è stata recentemente descritta sulle pagine di Nature Communications.

cheratocono

Dott. Diego Ponzin (Venezia): “I ricercatori hanno ottenuto uno stroma corneale da cellule della pelle dei maiali e l’hanno trapiantato, consentendo ai malati il recupero dell’acuità visiva” 

Stando agli ultimi dati, riportati sulla rivista scientifica Jama Ophtalmology da un gruppo di ricercatori dell’Università Jean Monnet di Saint-Etienne, il rapporto tra i pazienti che sono in attesa di una cornea da trapiantare e l’offerta di tessuti disponibili è di 1:70. Ciò significa che, a livello mondiale, per 70 persone che necessitano di questo intervento solo una cornea è a disposizione. Da qui si intuisce il valore di istituti, come la Fondazione Banca degli Occhi del Veneto Onlus, costantemente impegnati per sensibilizzare la popolazione sul tema delle donazioni. Ma diventa anche evidente il significato di una innovativa ricerca svedese nella quale è stata messa a punto una cornea artificiale e i cui risultati sono stati pubblicati ad agosto su Nature Biotechnology.

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