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Un pacemaker più piccolo di un chicco di riso, iniettabile con una siringa senza bisogno di interventi invasivi, si attiva in risposta a un impulso luminoso e si dissolve nell'organismo quando non serve più. L'hanno ideato gli scienziati della Northwestern University (Stati Uniti) pensando in particolar modo al cuore fragile e minuto dei neonati venuti al mondo con problemi congeniti, ma è adatto a cuori di tutte le misure. Le particolarità del pacemaker, il più piccolo mai realizzato, sono spiegate in un articolo su Nature.
Prima ti aiuta e poi si dissolve. «Circa l'1% dei bambini nasce con difetti cardiaci congeniti» spiega il cardiologo Igor Efimov, coautore dello studio. «La buona notizia è che questi bambini hanno bisogno soltanto di pacemaker temporanei dopo un intervento. In circa 7 giorni, la maggior parte dei cuori dei pazienti si autoripara. Ma quei sette giorni sono di importanza cruciale. Ora, possiamo posizionare questo pacemaker sul cuore di un bambino e stimolarlo con un dispositivo leggero, gentile e indossabile. E non serve alcun intervento aggiuntivo per rimuoverlo». Per il momento, gli scienziati hanno dimostrato l'efficacia del minuscolo pacemaker su vari modelli animali e su cuori umani di donatori deceduti.
Rimozione rischiosa. Molti pazienti anche adulti hanno bisogno di soluzioni temporanee per stimolare il cuore a battere regolarmente dopo un intervento, perché in attesa di un pacemaker permanente o per riaccompagnare il cuore a un'attività regolare. Il problema di questi impianti provvisori è che i fili di stimolazione inseriti nel muscolo cardiaco del paziente e collegati a un dispositivo esterno fuoriescono dal corpo: si possono spostare, possono creare infezioni o essere all'origine di coaguli di sangue. Durante la rimozione, esiste il rischio che danneggino i tessuti e causino sanguinamento interno: nel 2012, l'astronauta Neil Armstrong sarebbe morto proprio per questo tipo di complicanza.
I precedenti. Proprio in risposta a questo tipo di criticità, nel 2021 Efimov e colleghi avevano sviluppato un pacemaker in grado di dissolversi nell'organismo come fanno le suture chirurgiche dopo un numero prestabilito di giorni. Sottile, flessibile e leggero, non aveva bisogno di batterie né di fili, ma era ancora un po' troppo grande: 2,4 cm diametro, troppo per i neonati, troppo per essere impiantato in modo non invasivo. Colpa del tipo di comunicazione usata per attivarlo - la comunicazione di prossimità o NFC (near-field communication), la stessa integrata nei cellulari - che richiedeva un'antenna solo in parte miniaturizzabile.
Segnali di luce. Per ridurre drasticamente le dimensioni, gli scienziati hanno pensato di stimolare il cuore grazie a un sistema basato su impulsi luminosi. Il pacemaker, che è lungo appena 3,5 millimetri e largo 1,8 millimetri, si accompagna a un dispositivo indossabile morbido e senza fili che viene posizionato sul petto del paziente per misurare la frequenza dei battiti cardiaci. Se viene individuato un battito irregolare, il dispositivo wearable manda un impulso di luce infrarossa che penetra nei tessuti e, passando attraverso la pelle, la cassa toracica e i muscoli arriva al cuore, controllandone il battito.
Circuito elettrico. Come batteria si usa la cella galvanica, un modello che permette di convertire energia chimica in energia elettrica. Il pacemaker usa due diversi metalli come elettrodi per consegnare impulsi elettrici al cuore. Gli elettrodi, in contatto con i fluidi del corpo del paziente, formano una batteria. Le reazioni chimiche fanno fluire la corrente elettrica e stimolano le pulsazioni.
«Il cuore richiede una piccola quantità di stimolazione elettrica. Riducendo al minimo le dimensioni, semplifichiamo notevolmente le procedure di impianto, riduciamo i traumi e i rischi per il paziente e, grazie alla natura dissolvibile del dispositivo, eliminiamo qualsiasi necessità di procedure di estrazione chirurgica secondaria» chiarisce John A. Rogers, lo scienziato pioniere della bioelettronica che ha guidato lo sviluppo del dispositivo.
I possibili sviluppi. Proprio le misure ridotte del pacemaker consentiranno, idealmente, di integrare i disposivi su altri dispositivi medici, come le valvole cardiache, o di affinare la sincronizzazione del battito cardiaco disponendo diversi pacemaker in vari punti del cuore. Un diverso tipo di luce potrebbe aiutare a gestire ogni singolo pacemaker in modo indipendente. Arrivando per esempio a un migliore controllo delle aritmie.
