IL FUTURO È SULLA PELLE: il monitoraggio dei parametri vitali H24 anywhere and anytime. Finalità e campi di applicazione.

Il Futuro è sulla pelle: il monitoraggio dei parametri vitali H24 anywhere and anytime.

I Medical Wearable Devices sono dispositivi indossabili in grado di rilevare, memorizzare e trasmettere parametri vitali (battito cardiaco, saturazione dell’ossigeno, frequenza respiratoria) e permettono di segnalare il superamento di determinate soglie critiche.

Il report “Wearable Medical Devices Market – Forecast (2015-2020)” pubblicato da IndustryARC stima ben 422,5 milioni di devices in circolazione nel 2020. Secondo gli analisti, il segmento che sta crescendo di più è quello dei dispostivi per il monitoraggio del sonno, seguito da quelli per il controllo dei livelli di glucosio nel sangue e per il monitoraggio respiratorio.

I wearable devices sono coinvolti anche nella ricerca medico-scientifica. Un esempio è il programma di ricerca europeo RADAR-CNS (Remote Assessment of Disease And Relapse – Central Nervous System) che ha l’obiettivo di mettere a punto e validare tecniche di monitoraggio clinico di depressione, epilessia e sclerosi multipla mediante dispositivi elettronici indossabili.

Un altro esempio è il progetto MD2K (Mobile Sensor Data to Knowledge) che si avvale di wearable testati e di analisi dati accurati nel contesto di due applicazioni biomediche: insufficienza cardiaca congestizia (CHF) e dipendenza dal fumo. Rispetto quest’ultimo, l’obiettivo è quello di capire cosa spinge i dipendenti dal fumo a riprendere il vizio attraverso la raccolta di dati relativi lo stress e i movimenti del braccio quando la persona sta accendendo e fumando una sigaretta, in modo tale da avvisarla con un messaggio sul wearable stesso o sullo smartphone.

Anche da parte delle aziende sanitarie, riuscire a gestire i pazienti al di fuori dell’ospedale in modo efficace comporta un notevole risparmio di risorse. In particolare, i wearable devices:

-       Facilitano la prescrizione di cure preventive e la formulazione di diagnosi immediate;

-       Favoriscono la comprensione di come una terapia farmacologica aiuti a migliorare i parametri vitali del paziente;

-       Forniscono indicazioni immediate sui progressi nel piano di riabilitazione concordato;

-       Possono fornire agli operatori sanitari i dati di cui necessitano abbattendo il rischio d’errore, aumentando efficienza e qualità.

Sport e studi sulla fertilità.

I cerotti elettronici indossabili sono dotati di cuscinetti adesivi progettati per essere indossati direttamente sulla pelle, consentendo un monitoraggio comodo e non invasivo dei parametri vitali e dei biomarcatori.

Gli atleti, ad esempio, hanno a lungo guardato verso tecnologie indossabili per aumentare e migliorare le prestazioni nello sport. Monitorando continuamente i livelli di glucosio, possono gestire la loro energia e ottimizzare le loro prestazioni per ottenere un vantaggio competitivo.

I cerotti elettronici della pelle trovano impego anche nel campo degli studi sulla fertilità per il monitoraggio dell’ovulazione nelle donne. Uno degli indicatori più monitorato è la temperatura corporea basale (BBT) che, dopo l’ovulazione, aumenta tra 0,2 e 0,5 °C.

Infine, i cerotti elettronici per la pelle progettati per il monitoraggio del sudore hanno il potenziale di misurare in modo continuo e non invasivo vari marcatori biochimici per la salute e il benessere di tutti i giorni. Questi cerotti possono monitorare continuamente temperatura corporea, livelli di idratazione e stress, fornendo un feedback sull’idratazione in tempo reale, aiutando a prevenire colpi di calore e disidratazione.

Ma parliamo di oncologia.

I cerotti che monitorano la crescita H24 in tempo reale di una massa tumorale consentono di rilevare una variazione nelle dimensioni del tumore sottopelle dell’ordine del centesimo di millimetro, a differenza delle comuni tecniche diagnostiche, aiutando i medici nella valutazione dell’efficacia di una terapia anticancro. Grazie alla sua elevata sensibilità, è in grado di misurare il cambiamento delle dimensioni del tumore dopo poche ore dalla somministrazione di una terapia, riducendo di molto i tempi di valutazione richiesti da altri metodi.

I primi risultati sono pubblicati su Science Advances. Il sensore, chiamato “Flexible autonomous sensor measuring tumors” (Fast, sensore autonomo flessibile per la misurazione dei tumori) serve nella fase di ricerca clinica traslazionale, ovvero in quella fase della ricerca clinica in cui vengono testati numerosi farmaci per comprendere quale sia quello più efficace.

Fast è un piccolo dispositivo autonomo con un sensore flessibile ed estensibile che si attacca alla pelle. Non è invasivo, è wireless e alimentato a batteria, e può trasmettere i risultati a un'applicazione per smartphone in tempo reale. È composto da un polimero flessibile ed estensibile simile alla pelle che include uno strato di circuiti d'oro. Questo sensore si appoggia alla pelle proprio come un cerotto ed è collegato a un piccolo zaino elettronico che lo tiene in posizione. Funziona misurando la tensione della membrana, di quanto si allunga o si restringe, e per farlo sfrutta i circuiti di oro che si trovano al suo interno: quando questi si allungano si formano delle piccole crepe che modificano la conduttività elettrica del materiale, che viene rilevata dal sensore come una variazione di resistenza misurabile.

Le tecniche di imaging come la tomografia computerizzata e la bioluminescenza non sono in grado di raggiungere le stesse risoluzioni temporali per lunghi periodi di misurazione, a causa della tossicità associata alle radiazioni e a causa dei costi e della complessità nell’elaborazione dei dati.

Viene invece dal Giappone una ‘pelle’ bionica (la e-skin) in grado di ‘sentire’ i tumori. L’idea di Takao Someya, lo scienziato dell’Università di Tokyo, che ha messo a punto la e-skin, è quella di dotare i medici di speciali guanti fatti di pelle bionica in grado di potenziare le capacità sensoriali e di sentire ad esempio un nodulo tumorale minuscolo a livello di una mammella, rilevando la differenza di densità rispetto al tessuto sano.

Il monitoraggio più diffuso: pressione sanguigna e frequenza cardiaca.

Il cerotto ‘Chem-Phys’ è stato messo a punto da un team di nano-ingegneri e di bioingegneri del Center for Wearable Sensors di San Diego, che hanno pubblicato i risultati del loro lavoro su Nature Communications.

I bioingegneri hanno messo a punto un device flessibile e indossabile, capace di rilevare segnali elettrici, come ECG, e biochimici, come i livelli di lattato. Il mini-device è pensato per essere indossato sulla superficie anteriore del torace, alla base dello sterno, da dove invia le sue rilevazioni in modalità wireless o bluetooth ad uno smartphone o a un computer. Questi sensori potrebbero essere ad esempio di grande utilità al mondo della medicina dello sport come strumento per ottimizzare i regimi di allenamento degli atleti, ma potrebbero aprire anche a nuove modalità di prevenzione e di gestione delle cardiopatie.

Monitorare il flusso sanguigno è importante, soprattutto in alcuni vasi sanguigni specifici, in quanto consente ai medici di diagnosticare possibili malattie cardiovascolari. Ad esempio, a livello dell’arteria carotide, il monitoraggio del flusso potrebbe fornire informazioni sul rischio di ictus così da fornire un opportuno trattamento. Le tecnologie attuali per misurare con precisione il flusso sanguigno sono spesso scomode, invasive e richiedono un tecnico qualificato in grado di utilizzare una sonda ad ultrasuoni per monitorare un determinato vaso bersaglio.

Il cerotto permette di monitorare con precisione segnali cardiovascolari fino a 14 cm sotto la pelle. Indossarlo, permetterebbe di diagnosticare problemi cardiovascolari come coaguli di sangue, scarsa circolazione negli arti o anche eventuali arterie bloccate che potrebbero causare ictus o infarti. Il cerotto può essere indossato, ad esempio, sul collo per monitorare l’arteria carotide.

Il cerotto ha al centro un sensore per i lattati, circondato da due elettrodi per il rilevamento dell’ECG.

Il tutto è avvenuto tramite l’utilizzo di trasduttori ad ultrasuoni per il monitoraggio cardiaco, e tramite sensori elettrochimici per la raccolta dati sui biomarcatori. È costituito da un sottile foglio di polimero flessibile ed elasticizzato ed include una serie di trasduttori ad ultrasuoni della dimensione di millimetri e ognuno di essi è controllato individualmente.

I trasduttori ad ultrasuoni convertono oscillazioni di natura elettrica in vibrazione meccanica, emettendo onde ultrasoniche. Queste onde raggiungono un vaso sanguigno, dove incontrano dei globuli rossi in movimento. Il movimento dei globuli rossi modifica il modo in cui le onde ultrasoniche riecheggiano nel cerotto, creando l’effetto noto come effetto Doppler. Questo viene utilizzato per creare una registrazione visiva di ciò che succede nel vaso sanguigno.

Il rilevamento continuo e simultaneo dei parametri fisiologici, tramite il dispositivo indossabile integrato, ci può far capire come il nostro corpo risponde alle attività quotidiane. Ciò consente di poter prevedere precocemente i cambiamenti fisiologici anormali. Tra queste la sepsi, caratterizzata da un improvviso calo della pressione sanguigna accompagnato da un rapido aumento del livello di lattato.

Abbiamo visto una brevissima panoramica sui campi di utilizzo.

Stiamo assistendo alla nascita di una nuova generazione di sensori, talmente sottili e miniaturizzati da poter essere indossati come un cerotto o una seconda pelle e in grado di comunicare autonomamente con un qualsiasi cellulare o computer per trasmettere al medico di riferimento informazioni su una serie di parametri chimici e fisici di un individuo.