I recenti progressi della tecnologia in campo biomedicale hanno consentito di rivoluzionare i metodi chirurgici per il trattamento degli aneurismi cerebrali. L’aneurisma cerebrale è una malformazione vascolare a carico delle arterie cerebrali che si manifesta con un rigonfiamento di un vaso sanguigno del cervello, che, se non è trattato tempestivamente, può rompersi, causando un’emorragia subaracnoidea, il cosiddetto ictus emorragico.

Monitoraggio wireless aneurismi intracranici grazie a nanosensore integrato nello stent flow-diverter
In figura un esempio di aneurisma PH: corriere.it

Oggi, grazie alle sempre più innovative tecniche endovascolari,  il 90% degli aneurismi cerebrali non rotti può essere trattato in maniera non invasiva, grazie all’inserimento di un microcatetere a livello dell’inguine, nell’arteria femorale, che viene guidato attraverso il distretto arterioso intracranico, fino a raggiungere l’arteria cerebrale interessata dall’aneurisma. Solo il restante 10% dei casi, dunque, è destinato alla chirurgia a cielo aperto con craniotomia e “clipping” dell’aneurisma, procedimento molto più rischioso e invasivo.

Trattamento endovascolare: utilizzo dello stent flow-diverter.

Tra i trattamenti endovascolari, da alcuni anni, molto diffuso è l’utilizzo dell’innovativo stent flow-diverter, una guaina metallica che ricostruisce la parete normale del vaso ed evita che il flusso ematico scorra all’interno della cavità aneurismatica. La tecnica di flow-diversion è diventata una procedura di routine nei centri specializzati ed è solitamente indicata nel trattamento degli aneurismi non rotti di media e grande dimensione.

Monitoraggio wireless degli aneurismi intracranici grazie ad un nanosensore integrato nel flow-diverter
Trattamento endovascolare di aneurisma intracranico con stent flow-diverter            PH: watermark.silverchair.com

Il flow-diverter ha una forma cilindrica ed è costituito da un fitta rete di maglie metalliche che deviano il flusso sanguigno, minimizzando la circolazione del sangue nella sacca aneurismatica. Ciò consente il successivo processo di trombizzazione e involuzione della sacca. Nei casi di “aneurisma gigante”, oltre all’utilizzo del flow-diverter, vengono rilasciate delle spirali metalliche (coil) per prevenire il rischio di rottura accidentale dell’anomalia vascolare. In seguito alla procedura chirurgica mini-invasiva, il protocollo di follow-up post-operatorio prevede la valutazione dell’attività del flow-diverter con esami strumentali di controllo (Angio- RM o Angio-TAC) a distanza di 3-6 mesi.

Monitoraggio emodinamico attivo: nanosensore integrato nel flow-diverter

Al fine di evitare le costose procedure diagnostiche di follow-up post-operatorio, che seguono normalmente il trattamento endovascolare di aneurisma intracranico, un team di ricercatori del Georgia Tech’s Institute for Electronics and Nanotechnology ha recentemente sviluppato un nanosensore integrato nello stent flow-diverter per il monitoraggio emodinamico attivo del flusso sanguigno, consentendo al medico una valutazione quantitativa del lavoro svolto dallo stesso flow-diverter in tempo reale. La ricerca è stata pubblicata il 18 luglio sulla rivista ACS Nano ed è stata supportata dal Georgia Tech’s Institute for Electronics and Nanotechnology, dall’Università di Pittsburgh e dall’Istituto coreano di Scienza dei Materiali.

monitoraggio wireless di aneurismi intracranici grazie ad un nanosensore integrato nel flow-diverter
(A) Sensore di flusso integrato nel flow diverter in nitinol (TFN). (B) Struttura del sensore capacitivo di flusso. PH: ingegneriabiomedica.org

Il sensore progettato ha dimensioni nanometriche ed è di tipo capacitivo. Costituito da una membrana con armature metalliche parallele e all’interno un materiale dielettrico, incapsulati nello stent tramite un rivestimento in elastomero di silicone medicale, da un punto di vista fisico, tale nanosensore di flusso non è altro che un condensatore a facce parallele in grado di misurare il gradiente pressorio del flusso sanguigno che entra nella sacca aneurismatica. Al passaggio del sangue nel flow diverter, la membrana subisce una deformazione che è inversamente proporzionale alla distanza dei due piani metallici paralleli del sensore. Grazie alla particolare struttura meccanica e alla sua superelasticità dovuta alla composizione in nitinol sottilissimo e altamente poroso, il sensore, ancorato al flow diverter, può essere compresso durante l’introduzione nel microcatetere per poi espandersi del 300-400% durante il rilascio e posizionamento finale, una volta raggiunto il colletto aneurismatico.

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Flow diverter e sensore integrato in diverse fasi del processo endovascolare: completamente compresso prima del rilascio (F), durante la fase di rilascio (G) e durante il rilascio finale (H).                 PH: ingegneriabiomedica.org

I ricercatori stanno, inoltre, sviluppando una tecnologia induttiva risonante che invia al sensore un campo magnetico oscillante. Rilevando le variazioni della frequenza di risonanza,infatti, il sistema wireless sarà capace di misurare i cambiamenti del flusso ematico all’interno dell’aneurisma.

monitoraggio wireless di aneurismi intracranici grazie ad un nanosensore integrato nel flow-diverter
Sensore di flusso integrato nel flow- diverter                                 ph:bioengineering.org

“Nessun  flow diverter presente in commercio fornisce un monitoraggio quantitativo e real-time dell’emodinamica all’interno della sacca aneurismatica cerebrale. Attraverso la collaborazione con il gruppo del Dr. Yeo del Georgia Institute of Technology, abbiamo ideato un flow diverter smart che può monitorare attivamente le alterazione del flusso durante e dopo la procedura chirurgica”, ha dichiarato Younjae Chu, professore della Facoltà di Ingegneria dell’Università di Pittsburgh.

Il sensore è ancora in una fase di prototipazione “Proof-of-Principle” e sperimentazione in vitro, ma grazie a questa innovazione tecnologica, il medico, senza ricorrere a esami strumentali, sarà in grado di misurare continuativamente i cambiamenti del flusso sanguigno nell’ aneurisma direttamente in ambulatorio o a casa del paziente. Tutto ciò è un incredibile risultato che comporta dei vantaggi sia per il paziente grazie ad una pratica clinica e di monitoraggio comoda, immediata e meno invasiva, sia per il sistema sanitario grazie alla consistente riduzione dei costi derivanti dalle continue indagini per il monitoraggio post operatorio, quali Angio-RM e iniezione di mezzo di contrasto nel flusso sanguigno.

Fonti ed approfondimenti:

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