Un innovativo sistema di monitoraggio analizza il respiro in tempo reale e offre strumenti avanzati per la gestione delle malattie respiratorie
Un nuovo dispositivo di protezione per le vie aeree, realizzato in materiale cartaceo di ultima generazione, introduce metodi rivoluzionari per il monitoraggio dei parametri respiratori. Recentemente descritto sulla rivista Science, il dispositivo è stato sviluppato da Wei Gao, professore di ingegneria medica presso il California Institute of Technology (Caltech), insieme al suo team. L’uso crescente di dispositivi indossabili per monitorare parametri vitali e il benessere è un trend in espansione, con tecnologie che permettono di tenere sotto controllo diversi aspetti della salute direttamente a casa. Questi strumenti intelligenti sono progettati per fornire dati precisi, aiutando i pazienti a gestire meglio le loro condizioni senza necessità di visite frequenti in strutture sanitarie.
Il team ha sviluppato un prototipo avanzato di mascherina, denominata EBCare, capace di monitorare diverse condizioni mediche, tra cui disturbi respiratori come asma e broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO), e infezioni post-COVID-19. A differenza di altri modelli in fase di sviluppo, che si concentrano su parametri fisici come temperatura e umidità, EBCare si distingue per la sua capacità di analizzare in tempo reale le sostanze chimiche presenti nel respiro.
L’acronimo “EBC” si riferisce a “condensato del respiro espirato”, un termine tecnico utilizzato nel monitoraggio delle condizioni respiratorie. Questa mascherina è in grado di rilevare, ad esempio, i livelli di nitrito, una sostanza che indica l’infiammazione delle vie aeree nei pazienti asmatici. Tradizionalmente, il monitoraggio del respiro richiedeva visite cliniche per la raccolta dei campioni e un’attesa per i risultati di laboratorio. Con l’aumento dell’uso delle mascherine a seguito della pandemia di COVID-19, si apre la possibilità di sfruttare questo cambiamento per un monitoraggio personalizzato a distanza. Questo approccio consente di ottenere dati in tempo reale sulla salute, sia a casa che in ufficio, e di valutare, ad esempio, l’efficacia dei trattamenti medici.
Gao, già noto per il suo lavoro presso l’Heritage Medical Research Institute, ha sviluppato precedentemente biosensori indossabili per analizzare il sudore umano e misurare metaboliti, nutrienti, ormoni e livelli di proteine. Per analizzare specificamente le sostanze chimiche o le molecole nel respiro, è necessario raffreddarlo e condensarlo in un liquido. Tradizionalmente, in ambito clinico, questo processo avviene separatamente dall’analisi, utilizzando grandi contenitori di ghiaccio o ampi refrigeratori. La mascherina sviluppata da Gao, invece, è dotata di un sistema di raffreddamento integrato che utilizza un raffreddamento passivo, combinando l’effetto evaporativo dell’idrogel con il raffreddamento radiativo, per trattare efficacemente il respiro direttamente all’interno della maschera.
Progettata con un costo di circa 1 dollaro, la mascherina è stata testata su pazienti con asma e BPCO, dimostrando la capacità di rilevare con precisione i nitriti, biomarcatori dell’infiammazione respiratoria. Ha anche mostrato l’abilità di misurare i livelli di alcol nel sangue, suggerendo un potenziale uso per controlli di guida in stato di ebbrezza. Inoltre, il dispositivo ha dimostrato di monitorare i livelli di ammonio nel respiro, fornendo indicazioni sui livelli di urea nel sangue, utili per la rilevazione di malattie renali.
Gli studi preliminari hanno confermato l’efficacia del progetto, con l’intento di ampliare la tecnologia per monitorare vari biomarcatori associati a diverse condizioni di salute. L’obiettivo è creare un dispositivo multifunzionale per il monitoraggio completo del benessere fisico. La nuova piattaforma dell’EBC per la raccolta e l’analisi del condensato del respiro rappresenta un avanzamento significativo nel monitoraggio in tempo reale della salute polmonare. Secondo Harry Rossiter, ricercatore presso il Lundquist Institute for Biomedical Innovation dell’Harbor-UCLA e professore di medicina alla David Geffen School of Medicine dell’UCLA, il progetto ha il potenziale di trasformare la diagnostica e il monitoraggio della salute, grazie alla possibilità di integrare biosensori per rilevare vari indicatori di salute.
In sintesi, EBCare rappresenta un significativo progresso nel monitoraggio respiratorio, con il potenziale per innovare la diagnostica e permettere la gestione autonoma di alcune patologie tramite risultati immediati.
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