Un dispositivo guarisce le ossa dalle fratture e poi sparisce nel corpo senza lasciare traccia

Xudong Wang, professore di scienza dei materiali e ingegneria all’Università del Wisconsin-Madison ed esperto nella creazione di dispositivi medici sottili e alimentati a movimento, ha affermato che “Ho iniziato a chiedermi se potevamo trovare una nuova soluzione più veloce, per riportare gli atleti sul campo in brevissimo tempo”.

Il professor Xudong Wang è in possesso di un dispositivo di elettrostimolazione della frattura che lui e il suo laboratorio hanno progettato. Quando viene posizionato su una frattura, il dispositivo genera elettricità dal movimento, accelerando la guarigione ossea.

I ricercatori sanno che l’elettricità può aiutare ad accelerare la guarigione ossea, ma la tecnologia non ha mai realmente preso piede poiché richiedeva l’impianto chirurgico e la rimozione di elettrodi alimentati da una fonte esterna.

Un importante aggiornamento di questo concetto di elettrostimolazione, è l’ultima invenzione di Wang, che potrebbe aiutare molti atleti, rendendo l’elettrostimolazione un’opzione molto più conveniente per accelerare la guarigione ossea.

Il suo dispositivo sottile e flessibile è autoalimentato, impiantabile e bioresorbibile, quindi una volta che l’osso è tornato apposto, i componenti del dispositivo si dissolvono all’interno del corpo.

L’osso è un materiale piezoelettrico, il che significa che produce un pò di elettricità quando viene messo a dura prova. Queste scosse di elettricità stimolano fattori che promuovono la crescita e la guarigione ossea, motivo per cui l’elettrostimolazione è una terapia efficace.

Mentre ci sono stimolatori esterni che creano un campo elettrico per accelerare la guarigione indirettamente, la soluzione ideale è stimolare direttamente l’osso. Mettere il dispositivo all’interno del corpo, tuttavia, deve sottostare a particolari requisiti unici, non per ultimo la sua alimentazione.

“Sarebbe ideale se il dispositivo si autogenerasse, il che è qualcosa che prima non esisteva ed ora si”.

Per creare il nuovo dispositivo di elettrostimolazione delle fratture, o FED, Wang e il suo team hanno iniziato con un nanogeneratore triboelettrico, un dispositivo a film sottile con superfici microstrutturate che converte l’energia meccanica prodotta da piccoli movimenti in energia elettrica. Accoppiavano il nanogeneratore con un paio di elettrodi per distribuire il campo elettrico all’osso. Hanno costruito questi componenti ultrathin, biodegradabili e bioresorbibili su un substrato di acido poli(acido lattico-co-glicolico), un polimero biocompatibile approvato dalla FDA e comunemente usato.

I primi test dei ricercatori hanno confermato che piccoli movimenti del dispositivo hanno effettivamente creato una stimolazione elettrica di circa 4 volt, che potrebbe mantenere per oltre sei settimane. Hanno quindi testato il dispositivo sui ratti.

Gli animali impiantati con il dispositivo si sono completamente ripresi da una frattura della tibia in circa sei settimane, molto più rapidamente degli animali in un gruppo di controllo. Anche la densità minerale e la forza flessurale delle ossa guarite hanno raggiunto lo stesso livello delle ossa sane negli animali che hanno ricevuto l’elettrostimolazione. Dopo il trattamento, i dispositivi si sono degradati e sonk stati assorbiti dal corpo dei ratti senza complicazioni e senza necessità di rimozione chirurgica.

“Sarà molto interessante e di grande impatto affrontare lo sviluppo del dispositivo dall’animale all’uomo”.

Wang ha inoltre affermato, che è possibile mettere a punto quanto durerà lo stimolatore all’interno del corpo prima che venga assorbito. Potrà durare settimane fino a mesi, grazie ad alcune modifiche sulle proprietà del materiale bioresorbibile che riveste il dispositivo.

“In genere, quando qualcuno ha un osso rotto, deve limitare il proprio movimento. In altre parole, qualcuno che indossa un calco potrebbe non produrre abbastanza energia meccanica per alimentare il nanogeneratore triboelettrico. Il topo fornisce una stimolazione costante per il dispositivo, ma in un essere umano con un osso rotto, che tende a non muoversi più di tanto, questo è un problema”, afferma Wang.

Tuttavia, il corpo umano fornisce fonti di movimento praticamente infinite che potrebbero alimentare il dispositivo di elettrostimolazione della frattura se l’osso rotto deve rimanere immobile. “Inoltre nel futuro, potremmo utilizzare il dispositivo per altri tipi di fonti meccaniche interne, come i cambiamenti della pressione sanguigna”.

“Le nostre continue collaborazioni nell’ultimo decennio sono state molto produttive e altamente sinergiche”, afferma Cai, che ha lavorato con Wang per creare altri progetti, tra cui una benda che funzioni con principi simili e a un dispositivo impiantabile per la perdita di peso.

“Il gruppo Wang progetta e fabbrica molti dispositivi, il nostro gruppo può testarli in vivo in vari piccoli modelli animali per poi applicare successivi studi su animali di grandi dimensioni e potenziare le scoperte cliniche”