Elettronica impiantabile e riassorbibile per la medicina di precisione: lo stato dell’arte e sfide future

I sistemi elettronici bioriassorbibili impiantabili, costituiti da dispositivi miniaturizzati che rilevano, elaborano e rispondono a segnali del corpo stanno rivoluzionando la medicina di precisione nella direzione di un approccio sempre più personalizzato, sostenibile, non invasivo ed ecocompatibile.

Su Nature Reviews Electrical Engineering un articolo a firma del gruppo di ricerca del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa guidato da Giuseppe Barillaro, da anni impegnato nella ricerca sui sensori per la medicina del futuro, fa il punto sullo stato dell’arte.

In particolare, il lavoro traccia gli scenari applicativi di questi sistemi in medicina, sottolineando come potrebbero arrivare a rivoluzionare l’assistenza sanitaria grazie alla combinazione di funzionalità, biocompatibilità e sostenibilità ambientale.
Oltra a Giuseppe Barillaro, sono autori dell’articolo Martina Corsi, Elena Bellotti e Salvatore Surdo

“Questi sistemi – afferma Barillaro, docente di elettronica al Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione – forniscono un monitoraggio in tempo reale dei parametri vitali, dei marcatori biochimici e degli indicatori specifici di una patologia all’interno del corpo e trasmettono dati in modalità wireless che consentono interventi tempestivi e personalizzati. Realizzati con materiali biodegradabili, i dispositivi si dissolvono in sicurezza dopo aver completato la loro funzione, eliminando la necessità di rimozione chirurgica e riducendo le complicanze. Questi fattori posizionano l’elettronica bioriassorbibile all’avanguardia delle tecnologie sostenibili ed ecocompatibili per la medicina personalizzata”.

“Negli ultimi 15 anni – continua Barillaro – i progressi nella scienza dei materiali, nelle tecnologie di microfabbricazione e nell’ingegneria dei dispositivi hanno notevolmente ampliato la funzionalità e la versatilità dei sistemi elettronici bioriassorbibili impiantabili. Le innovazioni chiave includono lo sviluppo di sensori bioriassorbibili per il monitoraggio di pH, glucosio, lattato e altri biomarcatori; stimolatori elettrici transitori che promuovono la guarigione delle ferite e la rigenerazione dei tessuti; fonti di energia in grado di ricavare energia dai movimenti naturali del corpo.”

Nell’articolo, gli autori passano in rassegna le funzioni essenziali dei sistemi elettronici bioriassorbibili, dalla rilevazione e l’elaborazione delle informazioni alla raccolta di energia e alla comunicazione wireless, in termini di componenti, materiali, tecniche di fabbricazione e strategie di integrazione.

“Affrontiamo anche le principali sfide tecnologiche – prosegue Barillaro – come la biocompatibilità dei materiali, la stabilità dei dispositivi, l’affidabilità dei dati, la degradazione controllata e l’efficienza energetica, che rappresentano i principali ostacoli all’applicazione clinica”.

Biocompatibilità e biodegradabilità sono infatti i punti cruciali di questa tecnologia.

Sebbene i materiali bioriassorbibili siano progettati per degradarsi senza danneggiare i tessuti circostanti, gli effetti dei sottoprodotti di degradazione sui tessuti devono essere attentamente valutati, soprattutto a lungo termine, così come deve essere valutato l’impatto sull’ambiente dei lettori esterni e unità di trasmissione che interagiscono con i sensori.

Da questo punto di vista, nell’immediato futuro, l’utilizzo di sensori con circuiti elettronici alimentati dall’esterno e la realizzazione dei lettori esterni con materiali riciclabili o parzialmente biodegradabili, potrebbero costituire ulteriori passi avanti.

Infine, futuri sistemi bioriassorbibili completamente impiantabili potrebbero eliminare i rifiuti medici, poiché tutti i componenti, inclusi sensori, alimentazione e trasmissione dati, verrebbero riassorbiti in modo sicuro all’interno del corpo, segnando un passo importante verso una tecnologia medica sostenibile e senza sprechi.

“È necessario affrontare anche considerazioni etiche – conclude Barillaro – in particolare quelle relative alla riservatezza dei dati e all’autonomia del paziente. La capacità dei dispositivi indossabili e impiantabili di raccogliere dati sanitari in modo continuativo solleva importanti interrogativi su come queste informazioni vengano gestite e protette, e richiede una solida normativa per la protezione dei dati.”

L’articolo si chiude tracciando uno scenario applicativo dei dispositivi bioriassorbibili che va oltre il sistema sanitario, per esempio nei settori del monitoraggio ambientale, della tecnologia indossabile e dell’elettronica di consumo, dove questi sistemi potrebbero contribuire alla riduzione dei rifiuti elettronici e alla creazione di prodotti più sostenibili.

L’elettronica bioriassorbibile, sottolineano gli autori, potrebbe rivoluzionare l’assistenza sanitaria, rendendola più accessibile al paziente e più sostenibile, ma questo richiede una continua collaborazione interdisciplinare, innovazione responsabile, adeguamento normativo e disponibilità di finanziamenti.

Affrontare queste sfide potrebbe rendere i sistemi bioriassorbibili una tecnologia chiave dei trattamenti medici di prossima generazione e un modello per la tecnologia sostenibile in altri settori.