Innovazione

    Una lente a contatto per misurare il glucosio nel sangue

    Biosensori trasparenti in grado di misurare il livello di glucosio nel sangue, all’interno di normali lenti a contatto. Un’applicazione rivoluzionaria, che promette un controllo confortevole e agevole della glicemia, in particolar modo nel caso di pazienti diabetici. Per effettuare le misurazioni, basterà soltanto una lacrima, non più una goccia di sangue capillare.

     

    Il diabete è una malattia cronica dovuta ad elevati livelli di glucosio nel sangue e ad una non idonea quantità di insulina, ormone che regola le quantità e che consente l’utilizzo come fonte energetica per l’organismo.

     

    IL DIABETE E COME MISURARE LA GLICEMIA

    Il glucometro tradizionale utilizzato attualmente dai pazienti diabetici

     

    Secondo i dati ISTAT, nel 2011 tre milioni di italiani hanno dichiarato di essere affetti da diabete, ovvero il 4,9% della popolazione. Questa patologia è maggiormente diffusa nelle classi sociali in cui sono preponderanti i fattori di rischio, quali la sedentarietà e l’obesità.

    Tra le complicanze del diabete si annoverano soprattutto la neuropatia, retinopatia, nefropatia diabetiche, le complicanze in gravidanza e le malattie cardiovascolari, che possono essere controllate o prevenute mediante misurazione del colesterolo e dei lipidi nel sangue, della pressione sanguigna oppure dei livelli medi di glicemia nel corso della giornata.

    Il dispositivo adottato per la misurazione del livello glicemico è il glucometro, che consente una buona stima del valore. La tecnologia e il maggiore interesse verso la diagnosi e la prevenzione del diabete, hanno consentito lo sviluppo di svariati apparecchi portatili, basati sul controllo glicemico da parte del paziente stesso, attraverso la puntura del polpastrello di un dito. La goccia è posta su una striscia reattiva, che viene inserita all’interno del glucometro.

    Il principio di funzionamento dello strumento è basato sulla glucosio-ossidasi, reazione che consente di quantificare l’ossidazione del glucosio, misurando l’intensità di colore individuata da un batterio che produce una sostanza colorata, oppure valutando la conducibilità elettrica nel sangue determinata dalla corrente elettrica sviluppata dalla reazione enzimatica.

    Schema di composizione della lente a contatto sviluppata dal team di ricerca guidato dal Professor Gregory Herman Credit: Oregon State University

    Una recente applicazione, sviluppata dal team di ricercatori guidati dal Professor Gregory Herman, della Oregon State University, è stata presentata al National Meeting & Exposition della American Chemical Society, tenutosi a San Francisco, il 4 Aprile 2017, nella conferenza stampa seguita anche in streaming sul canale Youtube della Società americana.

    “Questi biosensori probabilmente non porteranno i laboratori di ematologia fuori dal mercato, ma credo che siamo in grado di poter fare diagnostica tramite i dati che possono essere estratti dalle gocce delle lacrime dell’occhio”,

    sostiene Herman, docente di ingegneria chimica presso l’ateneo americano.

    Pertanto i ricercatori hanno progettato un sensore sviluppato su un substrato trasparente, flessibile e integrabile all’interno di una lente a contatto come se si trattasse di un sottile strato, proprio come una normale lente oftalmica. Il semiconduttore utilizza una tecnologia in uso nell’elettronica di consumo: l’ossido di Indio-Gallio-Zinco (IGZO), utilizzato per produrre i display di TV, tablets e smartphones, che può anche essere reso completamente trasparente.

    In tal modo, il layer nanostrutturato di IGZO, ottenuto secondo una struttura esagonale compatta: consente la realizzazione di transistor ad effetto di campo, cioè in grado di controllare la corrente, attraverso il campo elettrico generato all’interno del dispositivo. Inoltre è presente l’enzima della glucosio-ossidasi, fondamentale per la misura del livello di glucosio.

    Rappresentazione schematica del biosensore impiantabile all’interno di una lente a contatto Credit: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.5b12058

    La nanostruttura dell’ossido IGZO è funzionalizzata da amminosilani reticolati alla glucosio-ossidasi: in tal modo il transistor presenta elevata sensibilità alle variazioni di concentrazione di glucosio. Durante il processo di ossidazione, si verifica una diminuzione del pH, per cui è possibile rilevare la trasformazione avvenuta misurando tale parametro. Infatti il pH modula la carica positiva dei gruppi amminosilani, influenzando il numero di stati accettori, ovvero di atomi non neutri.

    Inoltre, l’aumento della concentrazione di glucosio determina una diminuzione della conduttanza tra i due morsetti drain e source del transistor ad effetto di campo.

    Lo studio descritto è un’evoluzione del progetto sviluppato da Google nel 2014, che aveva presentato le prime lenti a contatto bioniche, in grado di misurare i livelli glicemici e di registrarli in un’app installata sullo smartphone del paziente. Le lenti erano basate su un approccio elettrochimico, che riduce la sensibilità della registrazione dei dati. D’altra parte, il sensore di glucosio posto sulla lente, non era trasparente.

    Il progetto è in fase di sviluppo, ma la fase di test sugli animali avrà inizio molto presto. Il prossimo obiettivo del team è quello di dotare il dispositivo di una trasmissione a radio frequenza, in modo da alimentarlo e caricare i condensatori.

    TrueBeam

    TrueBeam: acceleratore per la terapia oncologica

    L’acceleratore lineare TrueBeam – TB –  prodotto dalla californiana Varian Medical System è uno tra i sistemi più avanzati presenti oggi sul mercato mondiale per la radioterapia oncologica con fotoni. TrueBeam è estremamente versatile e le sue caratteristiche tecniche la rendono particolarmente indicata per eseguire trattamenti a elevata complessità in cui è necessario colpire attraverso la terapia sedi anatomiche difficilmente raggiungibili e poste in prossimità di tessuti sani che devono essere tutelati.

    TrueBeam Installation
    Imaging ad altissima risoluzione e in tempo reale nel corso della seduta radioterapica; elevatissima precisione di irradiazione, che tiene conto del movimento interno degli organi dovuto al respiro | Close-up Engineering

    TrueBeam tramite una piattaforma completamente digitale e robotizzata permette di “medicare” il tumore sfruttando le più aggiornate ed avanzate tecniche di processo radioterapico: la Radioterapia a Intensità Modulata – di tipo statico IMRT e volumetrico VMAT – l’Image Guided Radiotherapy – IGRT – in 3 e 4 dimensioni, la Radioterapia Adattiva – ART – la Radioterapia Stereotassica e Radiochirurgia.
    TrueBeam utilizza fasci di fotoni erogati in tempi brevissimi. La piattaforma dell’acceleratore è dotata di un sistema di collimazione ad alta definizione che consente la massima conformazione e accuratezza nell’irradiazione del tumore. TrueBeam possiede funzioni specifiche per la IGRT che rendono possibile la visualizzazione dell’anatomia del paziente prima, durante e dopo la somministrazione della frazione di dose, ottenendo in tempo reale la precisa localizzazione del volume tumorale a bersaglio.

    Il sistema TB  è dotato di un lettino di trattamento robotizzato con sei gradi di libertà controllato in remoto da una consolle di comando per la correzione del posizionamento del paziente. I sistemi di acquisizione e visualizzazione delle immagini, permettono di erogare la terapia sia su bersagli statici che su bersagli mobili, sincronizzando l’irradiazione con l’atto respiratorio del paziente: questo è un requisito necessario per trattare le neoplasie soggette al movimento quali sono quelle che interessano i distretti polmonari e addominali e contenere la tossicità correlata alla terapia.TrueBeam

    Questo cosa significa? Da ciò segue che potranno essere curati anche tumori localmente avanzati e non operabili come ad esempio quello del fegato, del polmone, del pancreas e del sistema nervoso centrale. La precisione extra-millimetrica, l’imaging ad alta risoluzione e in tempo reale, le informazioni sul movimento d’organo con il respiro nonché tempi di erogazione velocissimi, consentiranno di ampliare i campi di applicazione attuale della radioterapia estendendone i benefici a un maggior numero di pazienti.
    L’impiego di algoritmi avanzati rende possibile calcolare correttamente le dosi di terapia anche in presenza di forti disomogeneità tissutali o geometrie complesse.

    TrueBeam può essere usato per il trattamento di tutte le patologie oncologiche anche in concomitanza con la chemioterapia, ad esempio nei tumori di testa e collo e in quelli primitivi cerebrali. L’acceleratore permette di fare non solo radioterapia e radiochirurgia, ma anche radioablazione.

    L’ultima acquisizione di TB in Italia è avvenuta a Napoli – (N.d.R.) mia amata – da parte del Policlinico Universitario Federico II. Come ricorda Arturo Brunetti, vice direttore del Dipartimento di Diagnostica Morfologica e Funzionale, Radioterapia, Medicina Legale del Policlinico Federico II.

    Arturo Brunetti
    Arturo Brunetti, vice direttore del Dipartimento di Diagnostica Morfologica e Funzionale, Radioterapia, Medicina Legale del Policlinico Federico II.

     

    “L’acquisizione di questo grande impianto per la radioterapia è un poderoso passo avanti per la sanità campana che ha per troppo tempo assistito a fenomeni di migrazione sanitaria di pazienti oncologici proprio a causa dello scarso numero di centri pubblici di radioterapia”


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