Un team della Northwestern University presenta un dispositivo impiantabile, ultrasottile e riassorbibile, con potenziali vantaggi per i neonati con difetti cardiaci congeniti
Un gruppo di ingegneri e medici della Northwestern University ha sviluppato un pacemaker di dimensioni estremamente ridotte, in grado di dissolversi nell’organismo dopo pochi giorni. Il dispositivo, che misura approssimativamente quanto un chicco di riso, potrebbe rappresentare una soluzione minimamente invasiva per la stimolazione cardiaca temporanea, in particolare per i neonati con difetti cardiaci congeniti. Pubblicate sulla rivista Nature, le ricerche del team evidenziano la possibilità di stimolare il cuore con un approccio che eviti la necessità di un secondo intervento per la rimozione del pacemaker.
Il nuovo pacemaker si distingue per dimensioni (1,8 millimetri di larghezza, 3,5 millimetri di lunghezza e 1 millimetro di spessore) e per la capacità di dissolversi naturalmente nel corpo dopo un periodo di uso limitato, eliminando così i rischi legati all’estrazione dei dispositivi convenzionali. Grazie a un innovativo sistema di alimentazione, basato su una cella galvanica formata da metalli diversi, il dispositivo è in grado di generare corrente elettrica a contatto con i fluidi corporei.
La piattaforma di stimolazione comprende due componenti:
Il pacemaker interno, dalle dimensioni microscopiche, impiantato nel cuore.
Un dispositivo esterno, wireless, morbido e flessibile, che viene applicato sul torace del paziente. Questo dispositivo rileva un’anomalia del ritmo cardiaco e produce un segnale a infrarossi in grado di attivare il pacemaker. Così, l’impulso di stimolazione raggiunge il cuore senza bisogno di antenne interne o fili che attraversino la cute.
Molti neonati operati per difetti cardiaci congeniti richiedono un supporto di stimolazione elettrica del cuore per un periodo che può variare da alcuni giorni a qualche settimana. Attualmente, i pacemaker temporanei sono dotati di fili e cateteri che, protrusi attraverso la parete toracica, devono successivamente essere estratti, talvolta provocando complicanze come infezioni, sanguinamenti e danni ai tessuti. Questo nuovo dispositivo risulta meno invasivo, poiché si autodistrugge gradualmente nel corpo senza lasciare residui o necessitare un secondo intervento.
Le potenzialità si estendono anche a situazioni in cui si desideri monitorare o stabilizzare momentaneamente il ritmo cardiaco dopo un’operazione. Poiché l’impianto risulta completamente riassorbibile, elimina la problematica di gestire hardware residuo una volta terminata la funzione terapeutica.
Lo sviluppo di questo microscopico pacemaker è stato guidato dal professor Pietro Valdastri, direttore del Querrey Simpson Institute for Bioelectronics presso la Northwestern University. Hanno collaborato inoltre il cardiologo Igor Efimov, professore di ingegneria biomedica e medicina, e un gruppo multidisciplinare di ricercatori, tra cui Yonggang Huang, Wei Ouyang (Dartmouth College) e Rishi Arora (Università di Chicago). Il loro lavoro ha ottenuto sostegno economico da varie fonti, tra cui la Leducq Foundation e i National Institutes of Health (NIH).
L’impianto può essere inserito mediante una siringa direttamente nel tessuto cardiaco o nelle immediate vicinanze di sedi che necessitano un impulso elettrico. Una volta posizionato, resta inattivo finché il dispositivo esterno non rileva un disturbo del ritmo o una condizione clinica che richiede la stimolazione. A quel punto, si avvia l’emissione di un impulso luminoso a infrarossi, capace di attraversare la pelle e raggiungere il pacemaker, il quale eroga un segnale elettrico regolato al cuore.
Oltre all’impiego nella chirurgia pediatrica, i ricercatori ipotizzano che questa tecnologia possa essere impiegata in contesti più ampi, come la cardiologia dell’adulto in situazioni post-operatorie. La possibilità di inserire più dispositivi nello stesso organo e di controllarli in modo indipendente attraverso differenti segnali a infrarossi offre ulteriore flessibilità terapeutica, specialmente per casi complessi di aritmie multiple o per la gestione di pazienti con profili patologici particolari.
In parallelo, sono allo studio varianti del pacemaker che integrano sensori per monitorare parametri come la pressione arteriosa o la qualità del flusso sanguigno, oppure che siano in grado di somministrare farmaci direttamente nel tessuto interessato. Questo estenderebbe il campo di applicazione del dispositivo, ampliandone le funzioni, dal supporto elettrico alla somministrazione mirata di farmaci.
I ricercatori programmano ulteriori test clinici per verificare i criteri di sicurezza, stabilità di funzionamento e affidabilità nel lungo termine. L’obiettivo è raccogliere dati su gruppi più numerosi di pazienti, con diverse tipologie di difetti cardiaci, per definire meglio i protocolli di impianto e di gestione. La possibilità di evitare un secondo intervento chirurgico per la rimozione rappresenta un vantaggio determinante.
Se queste sperimentazioni confermeranno i benefici osservati, il pacemaker potrebbe diventare un nuovo standard per la stimolazione temporanea nelle cardiopatie congenite, migliorando la qualità di vita dei pazienti e riducendo i costi sanitari correlati a complicazioni e procedure multiple. Il gruppo della Northwestern University valuta anche la cooperazione con aziende del settore biomedicale per accelerare la produzione su scala industriale e la distribuzione globale del dispositivo.
