L’ingombro di un granello di riso, l’impatto di una rivoluzione medica. Il pace maker appena sviluppato da un team della Northwestern University sfida ogni concezione precedente di dispositivo cardiaco. È minuscolo, dissolubile, impiantabile con una semplice siringa e (dettaglio non trascurabile) potrebbe prevenire tragedie come quella che colpì il primo uomo sulla Luna.
Pensate ai neonati che ogni anno vengono al mondo con problemi cardiaci: salvare loro la vita richiederebbe solo un supporto temporaneo. Ora immaginate di poter evitare un intervento chirurgico invasivo, sostituendolo con la semplice iniezione di un dispositivo che farà il suo lavoro per poi scomparire naturalmente. È una cosa che, semplicemente, entrerebbe nella storia.
Quando minuscolo significa rivoluzionario
Ogni anno, circa l’1% dei neonati viene al mondo con un cuore che fatica a trovare il proprio ritmo. Una percentuale che sembra piccola finché non la trasformiamo in volti, in storie, in famiglie che attendono con il fiato sospeso. La maggior parte di questi piccoli richiede solo un supporto temporaneo, appena sette giorni, il tempo necessario affinché il cuore impari a battere correttamente da solo.
Purtroppo, nelle regioni del mondo dove l’accesso alle cure mediche avanzate è un miraggio, quella che dovrebbe essere una procedura semplice diventa spesso una condanna. I pace maker tradizionali richiedono che i chirurghi sappiano “cucire” degli elettrodi direttamente sul cuore, collegandoli poi a un’unità esterna tramite fili che fuoriescono dal petto del paziente.
Un incubo di complicazioni potenziali: infezioni, tessuti danneggiati, coaguli di sangue. E talvolta, i fili restano intrappolati nel tessuto cicatriziale, complicando ulteriormente la situazione.
È proprio questa procedura che ha portato alla morte dell’astronauta Neil Armstrong. “Aveva un pace maker temporaneo dopo un intervento di bypass. Quando i fili sono stati rimossi, ha avuto un’emorragia interna”, spiega Igor Efimov, cardiologo sperimentale e co-responsabile dello studio pubblicato su Nature, in una dichiarazione che mi ha fatto riflettere sulla fragilità della vita, persino per chi ha camminato sulla Luna.
Pace maker, l’evoluzione di una svolta
Nel 2021, un team della Northwestern University, di cui faceva parte Efimov, aveva già presentato un pace maker biodegradabile temporaneo, grande quanto una moneta, senza batterie ingombranti, componenti rigidi o cavi. Il dispositivo si basava su protocolli di comunicazione simili a quelli utilizzati nei tag RFID e negli smartphone per completare pagamenti elettronici.
Questo però richiedeva che il pace maker includesse un’antenna integrata per trasmettere comandi in radiofrequenza. “Il nostro pace maker originale funzionava bene. Era sottile, flessibile e completamente riassorbibile. Ma le dimensioni della sua antenna ricevente limitavano la nostra capacità di miniaturizzarlo”, ha spiegato il suo co-creatore e pioniere della bioelettronica John Rogers.
Rogers, Efimov e i loro collaboratori hanno trascorso i successivi anni a ricercare modi per ridurre il loro pace maker temporaneo a dimensioni ancora più piccole. Alla fine hanno realizzato che potevano sostituire l’antenna radio con un design che punta alla trasmissione di dati basata sulla luce. Ed è cambiato tutto.
Un battito di luce
Il nuovo dispositivo ha sostituito la fonte di alimentazione originale con una cella galvanica, un tipo di batteria che converte l’energia chimica in energia elettrica. Il pace maker si affida a due elettrodi metallici che generano una corrente elettrica dopo aver interagito con i biofluidi circostanti.
“La luce infrarossa penetra molto bene attraverso il corpo”, ha affermato Efimov. “Se mettete una torcia contro il palmo della mano, vedrete la luce attraverso l’altro lato. Si scopre che i nostri corpi sono ottimi conduttori di luce.”
Mi colpisce quanto sia poetica questa sinergia tra tecnologia e biologia: un cuore guidato dalla luce, un battito regolato da raggi invisibili che attraversano pelle, ossa e muscoli come se fossero vetro.
Pace maker microscopico: grande impatto in dimensioni minuscole
Il risultato finale è un dispositivo spesso 1 millimetro, largo appena 1,8 mm e lungo 3,5 mm, capace di fornire tanta stimolazione elettrica quanto un pace maker standard. “Abbiamo sviluppato quello che, a nostra conoscenza, è il pace maker più piccolo del mondo”, ha affermato Rogers con un orgoglio che traspare dalle sue parole.
Dato che i suoi materiali si dissolvono in sicurezza nel tempo, il pace maker non richiede alcun intervento chirurgico invasivo di follow-up per rimuoverlo. Questo riduce drasticamente il potenziale di complicazioni post-operatorie e traumi.
Il futuro? È “polifonico”
Ma perché fermarsi a un solo minuscolo pace maker? Efimov, Rogers e collaboratori ritengono che ulteriori progressi potrebbero consentire l’implementazione di più dispositivi in tutto il cuore. Una volta impiantati, i progettisti potrebbero coordinarli per muoversi indipendentemente o insieme in base a specifiche lunghezze d’onda luminose, creando una sorta di orchestra cardiaca perfettamente sincronizzata.
Le dimensioni del dispositivo significano anche che può essere incorporato in altri strumenti impiantabili come sostituzioni della valvola aortica transcatetere, inibitori del dolore, tecniche di ripristino dei nervi e delle ossa. Queste possibilità future, tuttavia, risalgono tutte all’obiettivo originale del team.
“La nostra principale motivazione erano i bambini”, ha detto Efimov. “Ora possiamo posizionare questo minuscolo pace maker sul cuore di un bambino e stimolarlo con un dispositivo indossabile morbido e delicato.”
Quando penso a questo minuscolo dispositivo che “galleggia” nel petto di un neonato, regolando gentilmente i suoi battiti ancora incerti, percepisco qualcosa che va oltre la meraviglia tecnologica. Come un sussurro che guida il canto di un cuore.
