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La prima tecnologia endovascolare in grado di esplorare i capillari

di Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

Un sensore di flusso endovascolare ultraflessibile guidato tramite campi magnetici. Credito: la fotografia è stata scattata da Alain Herzog / EPFL 2020

All’EPFL, Lucio Pancaldi, Ph.D. studente, e Selman Sakar, un assistente professore, hanno sfruttato l’energia idrocinetica (energia meccanica derivante dal movimento dei liquidi) per portare uno strumento in luoghi del corpo umano senza ricorrere a metodi invasivi. “Grandi proporzioni del cervello rimangono inaccessibili perché gli strumenti esistenti sono poco maneggevoli ed esplorare il minuscolo e intricato sistema vascolare cerebrale senza causare danni ai tessuti è estremamente difficile”, afferma Sakar.

I medici possono accedere alle arterie dei pazienti spingendo e ruotando i fili guida e successivamente facendo scorrere i tubi cavi chiamati cateteri. Tuttavia, quando le arterie iniziano a restringersi, specialmente nel cervello, questa tecnica di avanzamento rivela i suoi limiti. Gli scienziati del laboratorio MicroBioRobotic Systems (MICROBS) dell’EPFL, in collaborazione con i colleghi del gruppo del Prof.Diego Ghezzi, hanno progettato dispositivi microscopici legati che potrebbero essere introdotti nei capillari con velocità e facilità senza precedenti. “La nostra tecnologia non è destinata a sostituire i cateteri convenzionali, ma ad aumentarli”, afferma Pancaldi.

I dispositivi sono costituiti da una punta magnetica e da un corpo ultraflessibile in polimeri biocompatibili. “Immagina un amo da pesca rilasciato gradualmente in un fiume. Verrà trasportato dalla corrente. Ci teniamo semplicemente a un’estremità del dispositivo e lasciamo che il sangue lo trascini verso i tessuti più periferici. Ruotiamo delicatamente la punta magnetica del dispositivo in biforcazioni per la scelta di un percorso specifico “, afferma Pancaldi. Poiché nessuna forza meccanica viene applicata direttamente sulla parete del vaso, il rischio di causare danni è molto basso. Inoltre, sfruttare il flusso sanguigno potrebbe ridurre il tempo di funzionamento da diverse ore a un paio di minuti.

Sfruttare il flusso sanguigno per navigare nei microrobot endovascolari. Credito: Lucio Pancaldi / EPFL 2020

Tracciare un percorso attraverso il sistema vascolare

Sia il rilascio del dispositivo che lo sterzo magnetico sono sotto il controllo del computer . Inoltre, non è necessario il feedback di forza poiché la punta del dispositivo non spinge contro le pareti del vaso. “Possiamo immaginare che un robot chirurgico utilizzerà la mappa dettagliata della vascolarizzazione fornita dalle scansioni MRI e TC del paziente per guidare autonomamente i dispositivi verso le posizioni target. L’aggiunta dell’intelligenza artificiale trasformerebbe le operazioni endovascolari. In alternativa, un programma per computer può utilizzare le informazioni visive fornite dal fluoroscopio per localizzare il dispositivo e calcolare una traiettoria in tempo reale per facilitare le operazioni manuali “, afferma Sakar.

Rappresentazione schematica che evidenzia le caratteristiche della navigazione guidata dal flusso. La potenza idrocinetica viene sfruttata per azionare sonde microscopiche iniettabili con siringa, garantendo una navigazione autonoma e l’elusione degli ostacoli. I campi magnetici forniscono la guida per accedere in modalità wireless alle arterie figlie bersaglio. Credito: EPFL 2020

I ricercatori della School of Engineering dell’EPFL hanno testato il dispositivo all’interno di sistemi di microvascolatura artificiale. La fase successiva comprenderà test su animali con sistemi di imaging medico all’avanguardia. Gli scienziati sperano anche di sviluppare altri dispositivi con una gamma di attuatori e sensori a bordo.

Lo studio è pubblicato su Nature Communications .

 

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