Per curare la pelle, gli scienziati inventano la bioelettronica vivente

Un ingegnere e gli studenti della Rutgers-New Brunswick creano un cerotto che combina sensori e batteri per interagire con il corpo.

 

 

 

Per gran parte della sua infanzia, Simiao Niu è stato afflitto dalla psoriasi, una condizione cronica e spesso dolorosa della pelle, soprattutto sulle braccia.

A volte, l’unguento prescritto funzionava e curava le aree infiammate e rosse prodotte dalla malattia.

Ma non era mai sicuro se ne stesse usando abbastanza, se l’irritazione della pelle stesse guarendo e quando avrebbe dovuto interrompere il trattamento.

Anni dopo, in qualità di ingegnere del team di Apple Inc. che ha ideato l’elettronica negli Apple Watch che monitorano il ritmo cardiaco, Niu ha avuto una rivelazione: è possibile sviluppare un dispositivo elettronico indossabile simile per trattare disturbi della pelle come la psoriasi e fornire ai pazienti un feedback continuo?

Ora, Niu, un assistente professore di ingegneria biomedica presso la School of Engineering di Rutgers-New Brunswick, ha svolto un ruolo cruciale nello sviluppo del tipo di dispositivo che sognava: un prototipo unico di ciò che lui e i suoi collaboratori di ricerca chiamano una “bioelettronica vivente” progettata per trattare la psoriasi.

Descrivendo il progresso sulla rivista Science, Niu e collaboratori, tra cui scienziati dell’Università di Chicago guidati da Bozhi Tian e della Columbia University, hanno riferito di aver sviluppato un cerotto – una combinazione di elettronica avanzata, cellule viventi e idrogel – che sta mostrando efficacia negli esperimenti sui topi.

Il cerotto rappresenta non solo un potenziale trattamento per la psoriasi, ma una nuova piattaforma tecnologica per fornire trattamenti per esigenze mediche diverse come le ferite e, potenzialmente, vari tumori della pelle, ha detto Niu.

“Stavamo cercando un nuovo tipo di dispositivo che combinasse il rilevamento e il trattamento per la gestione delle malattie infiammatorie della pelle come la psoriasi”, ha detto Niu.

“Abbiamo scoperto che combinando batteri viventi, elettronica flessibile e materiali di interfaccia cutanea adesiva, siamo stati in grado di creare un nuovo tipo di dispositivo”.

Il cerotto circolare ha un diametro di circa 1 pollice e uno spessore sottilissimo.

Il cerotto contiene chip elettronici, cellule batteriche e un gel a base di amido e gelatina.

I test sui topi condotti dal team di ricerca hanno dimostrato che il dispositivo potrebbe monitorare e migliorare continuamente i sintomi simili alla psoriasi senza irritare la pelle.

Il dispositivo, ha detto Niu, è un balzo in avanti rispetto alla bioelettronica convenzionale, che è generalmente composta da componenti elettronici racchiusi in un morbido strato sintetico che riduce l’irritazione a contatto con il corpo.

I cerotti posizionati sul torace di un paziente per un elettrocardiogramma sono esempi di dispositivi convenzionali.

L’invenzione di Niu potrebbe essere vista come un “farmaco vivente”, ha detto, in quanto incorpora cellule viventi come parte della sua terapia. S. epidermidis, che vive sulla pelle umana e ha dimostrato di ridurre l’infiammazione, è incorporato nell’involucro in gel del dispositivo.

Un circuito stampato sottile e flessibile forma lo scheletro del dispositivo.

Quando il dispositivo viene posizionato sulla pelle, i batteri secernono composti che riducono l’infiammazione, mentre i sensori nei circuiti flessibili monitorano la pelle per i segnali che indicano la guarigione, come l’impedenza cutanea, la temperatura e l’umidità.

I dati raccolti dai circuiti vengono trasmessi in modalità wireless a un computer o a un telefono cellulare, un processo che consentirebbe ai pazienti di monitorare il loro processo di guarigione.

Durante i suoi anni in Apple, prima di entrare a far parte della facoltà di Rutgers nel 2022, Niu e altri ingegneri hanno ricevuto centinaia di note di ringraziamento che erano state inviate all’ufficio dell’amministratore delegato.

I clienti hanno scritto per attribuire ai loro Apple Watch il merito di aver salvato loro la vita, ha detto Niu. I cardiofrequenzimetri integrati negli orologi indicavano una condizione – un’aritmia nota come fibrillazione atriale – che i clienti dicevano di non sapere di avere. La fibrillazione atriale può portare a ictus se non trattata.

“Quando produci il tipo di cose che influenzano positivamente la vita delle persone, ti senti molto orgoglioso”, ha detto Niu.

“Questo è qualcosa che mi ispira molto e mi motiva a fare la mia ricerca attuale”.

Gli studi clinici per testare il dispositivo su pazienti umani devono essere il prossimo passo, ha detto Niu, come primo passo verso la commercializzazione.

Una volta che ci sono prove di risultati positivi con effetti collaterali minimi, gli inventori richiederanno l’approvazione della FDA per portare il dispositivo sul mercato, ha detto Niu.

Foto: S. Niu, Rutgers University