Un esclusivo dispositivo di rilevamento della luce stampato in 3D potrebbe aiutare le persone affette da lupus

Il dispositivo fornisce dati in tempo reale per un trattamento più personalizzato.

Un team di ingegneri e medici dell’Università del Minnesota Twin Cities ha progettato un dispositivo medico di rilevamento della luce stampato in 3D, unico nel suo genere, che viene posizionato direttamente sulla pelle e fornisce un feedback in tempo reale per correlare l’esposizione alla luce con la comparsa della malattia. Il dispositivo potrebbe aiutare milioni di persone in tutto il mondo affette da lupus e altre malattie sensibili alla luce, fornendo l’accesso a trattamenti più personalizzati e informazioni per determinare le cause dei sintomi.

La ricerca è stata pubblicata su Advanced Science, una rivista scientifica interdisciplinare ad accesso libero. I ricercatori hanno anche depositato un brevetto sul dispositivo e la tecnologia è disponibile per la concessione di licenze.

Secondo la Lupus Foundation of America, circa 1,5 milioni di americani e almeno 5 milioni di persone nel mondo sono affetti da una forma di lupus. La sensibilità alla luce è comune nelle persone affette da lupus e il 40-70% di esse ritiene che la propria malattia peggiori con l’esposizione alla luce solare o persino alla luce artificiale in ambienti chiusi. I sintomi di queste riacutizzazioni per i pazienti affetti da lupus includono eruzioni cutanee, dolori articolari e affaticamento.

“Ho in cura molti pazienti affetti da lupus o da malattie correlate e, dal punto di vista clinico, è difficile prevedere quando i sintomi dei pazienti si aggraveranno”, ha dichiarato il dottor David Pearson, dermatologo della University of Minnesota Medical School e coautore dello studio. “Sappiamo che la luce ultravioletta e, in alcuni casi, la luce visibile possono provocare una riacutizzazione dei sintomi, sia a livello cutaneo che interno, ma non sempre sappiamo quali combinazioni di lunghezze d’onda della luce contribuiscono ai sintomi”.

Pearson aveva sentito parlare dell’innovativa stampa 3D personalizzata di dispositivi indossabili sviluppata dal professore di ingegneria meccanica dell’Università del Minnesota Michael McAlpine e dal suo team e lo ha contattato per collaborare alla ricerca di una soluzione al suo problema.

Il gruppo di ricerca di McAlpine ha lavorato con Pearson per sviluppare un dispositivo completamente stampato in 3D, primo nel suo genere, con un rilevatore flessibile di luce UV-visibile che può essere posizionato sulla pelle. Il dispositivo è integrato con una console portatile costruita su misura per monitorare e correlare continuamente l’esposizione alla luce ai sintomi.

“Questa ricerca si basa sul nostro lavoro precedente, in cui abbiamo sviluppato un dispositivo di emissione di luce completamente stampato in 3D, ma questa volta invece di emettere luce, la riceve”, ha dichiarato McAlpine, coautore dello studio e professore della cattedra della famiglia Kuhrmeyer presso il Dipartimento di Ingegneria meccanica. “La luce viene convertita in segnali elettrici per misurarla, che in futuro potranno essere messi in relazione con la comparsa dei sintomi del paziente”.

McAlpine ha dichiarato che lo sviluppo del dispositivo, tuttavia, non è stato un compito facile. Il dispositivo stampato in 3D è costituito da più strati di materiali stampati su una base di silicone biocompatibile. Gli strati comprendono elettrodi e filtri ottici. I filtri possono essere sostituiti a seconda della lunghezza d’onda della luce da valutare. Il team di ricerca ha inoltre utilizzato l’ossido di zinco per raccogliere la luce ultravioletta (UV) e convertirla in segnali elettrici. Il dispositivo viene montato sulla pelle e viene collegata una console personalizzata per acquisire e memorizzare i dati.

Il team di ricerca ha ricevuto l’approvazione per iniziare a testare il dispositivo su soggetti umani e inizierà presto ad arruolare i partecipanti allo studio.

“Sappiamo che questi dispositivi funzionano in laboratorio, ma il nostro prossimo passo è metterli nelle mani dei pazienti per vedere come funzionano nella vita reale”, ha detto Pearson. “Potremo dare i dispositivi ai partecipanti e tenere traccia della luce a cui sono stati esposti e determinare come possiamo prevedere i sintomi. Continueremo anche i test in laboratorio per migliorare il dispositivo”.

McAlpine e Pearson hanno detto che il processo di stampa 3D è relativamente a basso costo e potrebbe un giorno fornire un accesso facile e veloce al dispositivo senza i costosi processi di fabbricazione dei dispositivi tradizionali.

“Non c’è nessun altro dispositivo come questo, con questo potenziale di personalizzazione e una fabbricazione così semplice”, ha detto Pearson. “Il sogno sarebbe avere una di queste stampanti 3D proprio nel mio ufficio. Potrei vedere un paziente e valutare le lunghezze d’onda della luce che vogliamo valutare. Poi potrei stamparla e consegnarla al paziente. Potrebbe essere personalizzato al 100% in base alle loro esigenze. Ecco dove sta andando il futuro della medicina”.

Oltre a Pearson e McAlpine, il team di ricerca dell’Università del Minnesota comprende Xia Ouyang, Ruitao Su, Daniel Wai Hou Ng e Guebum Han del Dipartimento di Ingegneria meccanica dell’Università del Minnesota.

La ricerca è stata finanziata da una sovvenzione dell’Università del Minnesota Grant-in-Aid of Research, Artistry and Scholarship e da una sovvenzione dell’Academic Investment Research Program. Il sostegno è stato fornito anche dal National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering del National Institutes of Health. Alcune parti di questo lavoro sono state condotte nel Minnesota Nano Center, che è sostenuto dalla National Science Foundation attraverso la National Nano Coordinated Infrastructure Network (NNCI).