Dispositivi indossabili in medicina: allo studio il cerotto che rileva contemporaneamente parametri cardiaci ed ematici

Dall'Università californiana di San Diego, un nuovo cerotto indossabile che, per la prima volta, rileva contemporaneamente i dati che riguardano cuore e sangue, monitorando, così, pressione e frequenza cardiaca, livelli di glucosio, acido lattico, alcool e caffeina di colui che lo indossa.

TAKEAWAY

  • Dalla ricerca alla prevenzione, fino alla gestione delle terapie, le possibilità di utilizzo dei dispositivi indossabili in medicina sono molteplici.
  • Una novità proviene dall’Università californiana di San Diego, dove è stato sviluppato un particolare cerotto, composto da un sottile foglio di polimeri elastici che si adatta alla pelle e dotato di tre sensori.
  • La sua peculiarità è data dalla misurazione, in contemporanea, di dati che riguardano il cuore e il sangue, monitorando pressione e frequenza cardiaca, livelli di glucosio, acido lattico, alcool e caffeina.

I dispositivi indossabili in medicina, negli ultimi cinque anni, hanno vissuto un’evoluzione importante, divenuta più spinta recentemente con le problematiche e le esigenze imposte dalla pandemia.

Dalla ricerca alla prevenzione, fino alla gestione delle terapie, le possibilità di utilizzo dei wearable devices in medicina sono molteplici. Ricordiamo che il monitoraggio continuo dei segni vitali del corpo tramite sensori consente agli operatori sanitari di monitorare meglio e in modo più puntuale le condizioni dei pazienti, all’interno e all’esterno delle strutture sanitarie.

Una novità, in tale ambito, proviene dagli ingegneri dell’Università della California (UC), a San Diego, i quali hanno sviluppato un particolare cerotto, morbido ed elastico, da indossare per il monitoraggio continuo della pressione sanguigna e della frequenza cardiaca, oppure per rilevare i livelli di glucosio, acido lattico, alcool e caffeina di colui che lo indossa. O, ancora, entrambi i parametri contemporaneamente.

La sua peculiarità è data proprio da questo: dalla misurazione, in contemporanea, di dati che riguardano il cuore e il sangue. Il suo utilizzo – spiegano gli autori della ricerca – potrebbe essere esteso anche alle unità di terapia intensiva, dove i pazienti necessitano del monitoraggio continuo di tutti i parametri vitali, in molti casi effettuato per mezzo di strumenti invasivi e il collegamento a più monitor ospedalieri.

Joseph Wang, professore di nanoingegneria presso l’UC San Diego e tra gli autori dello studio, spiega la peculiarità, dal punto di vista tecnologico, di questo nuovo cerotto:

Per crearlo, abbiano utilizzato sensori diversi tra loro e li abbiamo posti, insieme, su un’unica piattaforma piccola come un francobollo. In questo modo, è possibile raccogliere molte informazioni in modo completamente non invasivo e senza causare disagi e interruzioni nell’attività quotidiana di indossa il dispositivo

Questo skin patch, in realtà, è il frutto dell’integrazione dei risultati di due precedenti studi in materia di dispositivi indossabili in medicina. Il primo portato avanti dal “Centro per sensori indossabili” dell’Università della California, a San Diego, del quale il professor Wang è direttore e dove, in passato, sono stati sviluppati dispositivi indossabili in grado di monitorare più segnali simultaneamente – chimici, fisici ed elettrofisiologici – provenienti dall’interno del corpo umano.

Il secondo studio, invece, è stato realizzato presso il laboratorio del professore di nanoingegneria Sheng Xu – sempre all’interno dello stesso Ateneo californiano – il quale ha sviluppato cerotti elettronici capaci di monitorare pressione e battito cardiaco.

Unendo le forze, i due ricercatori hanno sviluppato il primo skin patch flessibile ed estensibile, che combina rilevamento chimico (glucosio, acido lattico, alcol e caffeina) e rilevamento pressorio.

Dispositivi indossabili in medicina: com’è fatto e come funziona il nuovo cerotto

Il cerotto messo a punto – composto da un sottile foglio di polimeri elastici che si adatta alla pelle – è dotato di un sensore di pressione sanguigna e di due sensori chimici. Di questi ultimi, uno misura i livelli di acido lattico (biomarcatore dello sforzo fisico), di caffeina e di alcol contenuti nel sudore e l’altro misura i livelli di glucosio presenti nel liquido interstiziale, ovvero nella soluzione acquosa presente tra le cellule dei tessuti.

Il sensore deputato a rilevare la pressione sanguigna si trova al centro: consiste in una serie di piccoli trasduttori a ultrasuoni saldati al cerotto da un inchiostro conduttivo; una tensione applicata ai trasduttori fa sì che questi inviino onde ultrasoniche nel corpo. Quando le onde ultrasoniche rimbalzano su un’arteria, il sensore rileva gli echi e traduce i segnali in una lettura della pressione.

I sensori chimici, invece, sono due elettrodi serigrafati sul cerotto con inchiostro conduttivo: l’elettrodo che rileva acido lattico, caffeina e alcol è stampato sul lato destro del dispositivo e funziona rilasciando nella pelle un farmaco chiamato pilocarpina, col fine di indurre il sudore e rilevare le sostanze chimiche in esso contenute.

L’altro elettrodo – che rileva il glucosio – è stampato sul lato sinistro e funziona facendo passare una leggera corrente elettrica attraverso la pelle, in modo che questa rilasci del liquido interstiziale e il sensore possa, così, misurare il livello di glucosio contenuto al suo interno.

In particolare, i ricercatori erano interessati a misurare i livelli di glucosio, acido lattico, alcool e caffeina perché questi hanno un impatto sulla pressione sanguigna. Durante i test, ai soggetti che indossavano il cerotto sono stati fatte eseguire varie combinazioni delle seguenti attività: esercizi su cyclette, consumazione di un pasto ad alto contenuto di zucchero, consumazione di una bevanda alcolica e di una bevanda contenente caffeina. Che cosa è accaduto? Le misurazioni rilevate dal cerotto corrispondevano a quelle raccolte dai classici dispositivi indossabili in medicina, tra cui bracciali per la pressione sanguigna, misuratori di acido lattico nel sangue, glucometri ed etilometri.

dispositivi indossabili in medicina
In questo momento, per poter visualizzare sul display le sue letture, il sensore della pressione sanguigna (posto al centro del cerotto) deve essere collegato a una fonte di alimentazione e a una macchina esterna. Ma l’obiettivo finale è includere il tutto all’interno del dispositivo, rendendolo completamente wireless (Credit: Università della California, San Diego).

Lo scenario futuro guarda a uno skin patch sempre più ricco di sensori e completamente wireless

Una delle sfide nella realizzazione del cerotto ha riguardato l’eliminazione delle interferenze tra i segnali provenienti dai diversi sensori. A tale scopo, il team di studio ha calcolato la distanza ottimale tra il sensore di pressione sanguigna e i sensori chimici, fissandola a un centimetro esatto e riuscendo, al contempo, a mantenere il dispositivo il più piccolo possibile.

I ricercatori hanno anche dovuto capire come schermare fisicamente i sensori chimici rispetto ai sensori di pressione sanguigna. Questi ultimi sono normalmente dotati di un gel liquido per ultrasuoni (lo stesso normalmente utilizzato per nell’esecuzione di ecografie ed esami elettromedicali), in modo da poter produrre letture chiare.

Anche i sensori chimici sono dotati di idrogel propri e il problema è che se parte del gel liquido fuoriesce dal sensore di pressione sanguigna ed entra in contatto con gli altri gel, causa interferenze. Quindi, i ricercatori hanno optato per un gel per ultrasuoni solido, che funziona altrettanto bene ma non ha il rischio di perdite.

Attualmente il team dell’università californiana è al lavoro per realizzare una versione del cerotto ancora più ricca di sensori. L’obiettivo, nell’ambito dei dispositivi indossabili in medicina, è arrivare a monitorare biomarcatori associati ad altri tipi di patologie, per aggiungere più valore clinico al nuovo cerotto.

In particolare, il lavoro in corso include, per quanto riguarda il sensore di pressione sanguigna, la riduzione dell’elettronica: in questo momento, infatti, per poter visualizzare sul display le sue letture, il sensore deve essere collegato a una fonte di alimentazione e a una macchina esterna. L’obiettivo finale, invece, è porre il tutto all’interno del cerotto stesso e renderlo completamente wireless.

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Paola Cozzi
Giornalista dal solido background acquisito lavorando presso i più prestigiosi Editori italiani | Ventidue anni di esperienza nello sviluppo di prodotti editoriali b2b, cartacei e digitali | Vent'anni alla direzione di una testata b2b in tema di Sicurezza anticrimine di tipo fisico | Attualmente si dedica al Giornalismo Digitale ed esplora nuove tecniche e nuovi stili di comunicazione
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