Una nuova classe di cateteri “intelligenti” per la chirurgia mininvasiva

I ricercatori della George Washington University e della Northwestern University, nel 2020, hanno sviluppato una nuova classe di strumenti medici dotati di un avanzato sistema elettronico morbido in grado di migliorare drasticamente le diagnosi e i trattamenti di una serie di malattie e condizioni cardiache.

Qual è la situazione attuale?

Molti interventi chirurgici mininvasivi si basano sull’inserimento di cateteri all’interno del corpo, che vengono fatti passare attraverso piccole incisioni, per effettuare misurazioni diagnostiche ed interventi terapeutici. I cateteri, infatti, rappresentano uno degli strumenti più convincenti sotto diversi punti di vista, tra cui la loro capacità di poter introdurre dispositivi medici, come, ad esempio, stent intravascolari, oppure la loro capacità di carpire informazioni come la temperatura, durante le procedure chirurgiche. Inoltre, posso anche permettere di erogare forze e stimoli in siti mirati all’interno dei tessuti molli.

Oggi questo sistema è utilizzato maggiormente in elettrofisiologia, per mappare e trattare le vie di conduzione anomale responsabili di battiti cardiaci irregolari (le aritmie), spesso localizzando ed ablando l’area del tessuto cardiaco che ne è la causa.

Nonostante l’attuale approccio basato sull’utilizzo di cateteri sia molto diffuso nella medicina moderna, esso nasconde una serie di punti di debolezza, di cui una delle priincipali è la rigidità dei dispositivi, che porta ad interfacce non ideali con i tessuti molli. Inoltre, le opzioni funzionali ristrette hanno reso necessario l’utilizzo di più di un catetere durante una singola operazione chirurgica. Tutto questo ha contribuito ad allungare i tempi delle procedure mediche, oltre ad aumentare l’esposizione ai raggi X, utilizzati per guidare i cateteri durante l’intervento, sia di pazienti sia del personale medico.

I nuovi sistemi

L’utilizzo di cateteri con una componente elettronica avanzata, sensori ed attuatori possono rappresentare un mezzo con cui superare i limiti posti dai cateteri comuni. L’obiettivo è stato quello di costruire network di elementi integrati che supportino la diagnostica multimodale e consentano funzioni terapeutiche grazie ad un array di configurazioni interconesse.

Quelli che hanno sviluppato i ricercatori americani sono proprio array elettronici multistrato integrati nei cateteri, che consentono contatti conformi con i tessuti molli e, per questo, permettono una mappatura multimodale simultanea di temperatura, pressione e parametri elettrofiosologici. Inoltre, questi sistemi permettono anche l’attivazione termica programmabile, stimolazione elettrica e ablazione con radiofrequenza o elettroporazione sulle superfici dei tessuti molli.

Sensori e attuatori possono sondare la natura complessa dei tessuti, in particolare, dell’attività cardiaca. Questo permetterà, ad esempio, di localizzare meglio le fonti di aritmie letali che possono essere causa di morte cardiaca improvvisa.

Ma come è composto questo innovativo sistema? Esso è composto da array di sensori: lo strato superiore permette la mappatura elettrofisiologica, il successivo consente di misurare le distribuzioni di temperatura,
mentre il sistema di fondo supporta le misurazioni delle distribuzioni di pressione.

Questo nuovo sistema si adatta meglio ai tessuti molli del corpo rispetto ai dispositivi attuali e può svolgere una varietà di funzioni tra cui: misurazioni simultanee in vivo della temperatura, della forza di contatto e dei parametri elettrofisiologici. Inoltre, è possibile personalizzare le funzioni diagnostiche e terapeutiche in tempo reale. Il nuovo sistema può anche ridurre drasticamente la durata delle procedure di ablazione invasiva e l’esposizione di pazienti e medici alle radiazioni a raggi X.

Test in vitro, insieme agli studi e alle valutazioni computazionali nei cuori di coniglio e umani, dimostrano vantaggi rispetto ai dispositivi cardiaci convenzionali in termini di forma, funzionalità e programmabilità.
Queste caratteristiche possono consentire ai medici di acquisire una ricca serie di informazioni fisiologiche e di completare gli interventi chirurgici in tempi più brevi con un unico sistema a catetere “strumentato”.

Questa nuova strategia di integrazione elettronica può essere applicata anche agli strumenti chirurgici utilizzati nelle procedure su varie parti del sistema nervoso, del sistema urinario e del tratto gastrointestinale.
Questi concetti costituiscono un punto di partenza per ulteriori sviluppi di dispositivi chirurgici avanzati in grado di interagire in modo mininvasivo con il corpo umano.

A cura di Gianluca Ciarleglio.