Nel 2017, il quarterback dei Green Bay Packers Aaron Rodgers si è rotto la clavicola destra in una partita contro i Minnesota Vikings. In genere, una clavicola impiega circa 12 settimane per guarire completamente, ma a metà dicembre i fan e i commentatori speravano che il tre volte MVP potesse riprendersi presto e salvare una stagione perdente. Così ha fatto Xudong Wang, professore di scienza e ingegneria dei materiali presso l'Università del Wisconsin-Madison ed esperto nella creazione di dispositivi medici sottili e alimentati dal movimento. “Ho iniziato a chiedermi se potessimo fornire una nuova soluzione per riportare gli atleti in campo più velocemente che mai”, afferma Wang. Il professor Xudong Wang di UW-Madison tiene in mano un dispositivo di elettrostimolazione per fratture progettato da lui e dal suo laboratorio. Quando posizionato su una frattura, il dispositivo genera elettricità dal movimento, accelerando la guarigione dell'osso. Credito immagine: Jason Daley I ricercatori sanno che l'elettricità può aiutare ad accelerare la guarigione delle ossa, ma le fratture “zapping” non hanno mai preso piede poiché richiedono l'impianto chirurgico e la rimozione di elettrodi alimentati da una fonte esterna. Un importante aggiornamento dello stesso concetto di elettrostimolazione, l'ultima invenzione di Wang non è arrivata in tempo per aiutare i Packers del 2017, tuttavia, potrebbe aiutare molti altri rendendo l'elettrostimolazione un'opzione molto più conveniente per accelerare la guarigione delle ossa. Il suo dispositivo sottile e flessibile è autoalimentato, impiantabile e bioriassorbibile, quindi una volta che l'osso è ricucito insieme, i componenti del dispositivo si dissolvono all'interno del corpo. Wang e i suoi collaboratori, tra cui Weibo Cai, professore di radiologia e fisica medica alla UW-Madison, hanno descritto il nuovo dispositivo sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences. L'osso è un materiale piezoelettrico, il che significa che produce una piccola quantità di elettricità quando viene messo sotto sforzo. Queste scariche elettriche stimolano fattori che promuovono la crescita e la guarigione delle ossa, motivo per cui l'elettrostimolazione è una terapia efficace. Mentre esistono 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, ha requisiti unici, non ultimo quello di alimentarlo, secondo Wang. “Il caso ideale è che il dispositivo si autogenera, cosa che prima non esisteva”, dice. Per creare il nuovo dispositivo di elettrostimolazione della frattura, 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. Hanno accoppiato il nanogeneratore con una coppia di elettrodi per distribuire il campo elettrico all'osso. Hanno costruito questi componenti ultrasottili, biodegradabili e bioriassorbibili su un substrato di acido poli(lattico-co-glicolico), un polimero biocompatibile approvato dalla FDA comunemente usato. I test iniziali dei ricercatori hanno confermato che piccoli movimenti del dispositivo hanno effettivamente creato una stimolazione elettrica di circa 4 volt, che potrebbe sostenere per oltre sei settimane. Hanno quindi testato il dispositivo sui topi. Gli animali a cui è stato impiantato 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 resistenza alla flessione 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 assorbiti nei corpi dei ratti senza complicazioni e senza necessità di rimozione chirurgica. Wang afferma che è possibile mettere a punto per quanto tempo lo stimolatore durerà all'interno del corpo, da settimane a mesi, modificando le proprietà del materiale bioriassorbibile che riveste il dispositivo. Alla fine, Wang vorrebbe ampliare il dispositivo di elettrostimolazione della frattura in modo che funzioni negli esseri umani. Ma per questi dispositivi autoalimentati, la fonte di energia può essere un fattore. “In genere, quando qualcuno ha un osso rotto, deve limitare i propri movimenti”, spiega. In altre parole, qualcuno che indossa un calco potrebbe non produrre abbastanza energia meccanica per alimentare il nanogeneratore triboelettrico. “Il modo in cui un topo si muove fornisce una stimolazione costante per il dispositivo, ma per un osso rotto in un essere umano che non può essere spostato, questo è un problema”, afferma Wang. Tuttavia, il corpo umano fornisce fonti di movimento virtualmente infinite che potrebbero alimentare il dispositivo di elettrostimolazione della frattura se l'osso rotto deve rimanere immobile. “Potremmo aver bisogno del dispositivo per rispondere ad altri tipi di fonti meccaniche interne, come i cambiamenti della pressione sanguigna”, afferma Wang, che sta già guardando al futuro della FED. “Sarà molto interessante e di grande impatto affrontare lo sviluppo dall'animale all'uomo”, afferma. Cai è anche entusiasta di continuare il lavoro. “Le nostre continue collaborazioni nell'ultimo decennio sono state molto produttive e altamente sinergiche”, afferma Cai, che ha lavorato con Wang per creare una benda che funziona insieme a principi simili e un dispositivo impiantabile per la perdita di peso, tra gli altri progetti. “Il gruppo Wang progetta e fabbrica molti dispositivi intriganti e il nostro gruppo può testarli in vivo in vari modelli di piccoli animali per successivi studi su animali di grandi dimensioni e potenziale traduzione clinica”. Fonte: Università del Wisconsin-Madison

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