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L'impianto rileva l'ossigeno in profondità nel corpo

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Gli ingegneri dell'Università della California, Berkeley, hanno creato un minuscolo impianto wireless che può fornire misurazioni in tempo reale dei livelli di ossigeno dei tessuti in profondità sotto la pelle. Il dispositivo, che è più piccolo di una coccinella media e alimentato da onde ad ultrasuoni, potrebbe aiutare i medici a monitorare la salute degli organi o dei tessuti trapiantati e fornire un avvertimento precoce di un potenziale fallimento del trapianto.

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La tecnologia, creata in collaborazione con i medici dell'Università della California, San Francisco, apre anche la strada per la creazione di una varietà di sensori miniaturizzati che potrebbero monitorare altri marcatori biochimici chiave nel corpo, come il pH o anidride carbonica.

Questi sensori potrebbero un giorno fornire ai medici metodi minimamente invasivi per monitorare la biochimica all'interno di organi e tessuti funzionanti. "È molto difficile misurare le cose in profondità nel corpo", ha detto Michel Maharbiz, professore di ingegneria elettrica e scienze informatiche alla UC Berkeley e ricercatore del Chan Zuckerberg Biohub. "Il dispositivo dimostra come, utilizzando la tecnologia a ultrasuoni accoppiata con un design di circuiti integrati molto intelligente, è possibile creare impianti sofisticati che vanno molto in profondità nei tessuti per prendere dati dagli organi"

Maharbiz è l'autore senior di un nuovo documento che descrive il dispositivo, che appare sulla rivista Nature Biotechnology.

L'ossigeno è un componente chiave per la capacità delle cellule di sfruttare l'energia dal cibo che mangiamo, e quasi tutti i tessuti del corpo richiedono una fornitura costante per sopravvivere. La maggior parte dei metodi per misurare l'ossigenazione dei tessuti può solo fornire informazioni su ciò che sta accadendo vicino alla superficie del corpo. Questo perché questi metodi si basano su onde elettromagnetiche, come la luce infrarossa, che può penetrare solo pochi centimetri nella pelle o nel tessuto dell'organo. Mentre ci sono tipi di risonanza magnetica che possono fornire informazioni sull'ossigenazione profonda dei tessuti, richiedono lunghi tempi di scansione e quindi non sono in grado di fornire dati in tempo reale.

Dal 2013, Maharbiz ha progettato impianti miniaturizzati che utilizzano onde ultrasoniche per comunicare senza fili con il mondo esterno. Le onde ultrasoniche, che sono una forma di suono troppo alta in frequenza per essere rilevata dall'orecchio umano, possono viaggiare innocuamente attraverso il corpo a distanze molto più lunghe delle onde elettromagnetiche e sono già la base della tecnologia di imaging a ultrasuoni in medicina. Un esempio di tale dispositivo è Stimdust, progettato in collaborazione con l'UC Berkeley electrical engineering and computer sciences assistant professor Rikky Muller, che può rilevare e stimolare gli spari elettrici dei nervi nel corpo.

Soner Sonmezoglu, un ricercatore post-dottorato in ingegneria alla UC Berkeley, ha guidato lo sforzo di espandere le capacità dell'impianto per includere il rilevamento dell'ossigeno. Incorporare il sensore di ossigeno ha comportato l'integrazione sia di una fonte di luce LED che di un rilevatore ottico nel piccolo dispositivo, così come la progettazione di una serie più complicata di controlli elettronici per operare e leggere il sensore. Il team ha testato il dispositivo monitorando i livelli di ossigeno all'interno dei muscoli di pecore vive.

Sonmezoglu sottolinea che questo tipo di sensore di ossigeno differisce dai pulsossimetri che sono usati per misurare la saturazione di ossigeno nel sangue. Mentre i pulsossimetri misurano la proporzione di emoglobina nel sangue che è ossigenata, il nuovo dispositivo è in grado di misurare direttamente la quantità di ossigeno nei tessuti.

"Una potenziale applicazione di questo dispositivo è il monitoraggio dei trapianti d'organo, perché nei mesi dopo il trapianto d'organo, possono verificarsi complicazioni vascolari, e queste complicazioni possono portare alla disfunzione dell'innesto", ha detto Sonmezoglu. "Potrebbe essere usato anche per misurare l'ipossia tumorale, che può aiutare i medici a guidare la radioterapia del cancro"