Rigenerazione di tessuti in vivo con impianti robotici

2015

Un robot medico impiantato e programmabile, sviluppato dai ricercatori al Boston Children’s Hospital, può allungare gradualmente gli organi tubulari (cavi) applicando delle forze di trazione e stimolando la crescita dei tessuti negli organi troppo corti senza interferire con la funzione degli apparati e causare disagio. Vediamo di che si tratta ed in che tipo di patologie può essere applicato:

Atresia esofagea

L’atresia esofagea è una malformazione congenita caratterizzata dall’incompleta formazione dell’esofago. Ciò determina un’interruzione di questo tratto del tubo digerente, che, di norma, permette il passaggio del cibo dalla bocca allo stomaco. E’ frequentemente associata alla presenza di una fistola che rende possibile una comunicazione persistente con la trachea.

Ad oggi, l’intervento chirurgico consiste nella chiusura della fistola e ricanalizzazione dell’esofago. La percentuale di riuscita dell’intervento oggi è dell’80% e la qualità di vita tende alla normalità.

L’operazione corrente più efficace per l’atresia esofagea a lunga distanza, chiamata tecnica di Foker, utilizza suture ancorate alla schiena del paziente per tirare gradualmente l’esofago. Per evitare che l’esofago si strappi, i pazienti devono essere paralizzati in coma farmacologico e sottoposti a ventilazione meccanica in unità di terapia intensiva da una a quattro settimane. Il lungo periodo di immobilizzazione può anche causare complicazioni mediche come fratture ossee e coaguli di sangue.

 

Sindrome dell’intestino corto

La sindrome dell’intestino corto è una condizione morbosa particolare, che si caratterizza per l’assenza di un tratto di piccolo intestino e la conseguente incapacità, da parte della persona affetta, di assorbire i nutrienti ingeriti col cibo.

La causa più comune è legata all’asportazione chirurgica di un lungo segmento di intestino tenue; asportazione che può rendersi necessaria quando un individuo è affetto da: morbo di Crohn, tumori dell’intestino, lesioni intestinali, enterocolite necrotizzante, obesità grave per la quale occorre un’operazione chirurgica o volvolo intestinale.

La seconda causa, meno comune, è collegata ad un difetto congenito o acquisito, per colpa del quale l’intestino tenue è più corto del normale o malfunzionante. La terapia prevede una dieta su misura, contenente tutti i nutrienti fondamentali, e nei casi estremi la nutrizione parenterale.

 

Il robot

Il sistema robotico, descritto in Science Robotics, ha indotto la proliferazione cellulare nel trattamento dell’atresia dell’esogago ed ha allungato l’esofago di circa il 75% nelle cavie, mentre l’animale è rimasto sveglio e mobile.

“Questo progetto dimostra che i robot in miniatura possono indurre la crescita di organi all’interno di un essere vivente per la riparazione o la sostituzione, evitando la sedazione e la paralisi attualmente necessarie per i casi più difficili di atresia esofagea. I potenziali usi di tali robot devono ancora essere esplorati a fondo, ma il loro utilizzo verrà ampliato e verranno sicuramente applicati a molti organi nel prossimo futuro.” – Russell Jennings, direttore del Centro per il trattamento delle vie aeree e esofagee del Boston Children’s Hospital.

Il dispositivo robotizzato motorizzato è collegato solo all’esofago, quindi consentirebbe al paziente di muoversi liberamente. Coperto da una “pelle” liscia, biocompatibile ed impermeabile, include due anelli di fissaggio, posti intorno all’esofago e cuciti con punti di sutura. Un’unità di controllo programmabile al di fuori del corpo applica forze di trazione regolabili agli anelli, tirando lentamente e costantemente il tessuto nella direzione desiderata.

Lo studio

Il dispositivo è stato testato negli esofagi dei maiali. La distanza tra i due anelli (tirando l’esofago in direzioni opposte) è stata aumentata da piccoli incrementi di 2,5 millimetri ogni giorno per 8-9 giorni. Gli animali erano in grado di mangiare normalmente, anche con il dispositivo che applicava trazione al loro esofago, e non mostravano alcun segno di disagio.

Il giorno 10, il segmento dell’esofago era aumentato in lunghezza del 77% in media. L’esame del tessuto ha mostrato una proliferazione delle cellule che compongono l’esofago. L’organo ha anche mantenuto il suo diametro normale.

“Questo dimostra che non abbiamo semplicemente allungato l’esofago, ma si è allungato attraverso la crescita cellulare” – Pierre Dupont, ricercatore senior dello studio e capo della Bioingegneria cardiaca pediatrica presso Boston Children’s.

Le possibili applicazioni

Il team di ricerca sta ora iniziando a testare il sistema robotico in un grande modello animale con sindrome dell’intestino corto. Mentre l’atresia esofagea a lunga distanza è abbastanza rara, la prevalenza della sindrome dell’intestino corto è molto più alta.

“La sindrome dell’intestino corto è una malattia devastante che costringe i pazienti ad essere nutriti per via endovenosa. Questo, a sua volta, può portare a insufficienza epatica, a volte richiedendo un trapianto di fegato o multiviscerale (fegato-intestino), esiti che sono sia devastanti che costosi” – Peter Ngo, gastroenterologo coautore dello studio.

Il team spera di ottenere supporto per continuare i test del dispositivo in modelli animali di grandi dimensioni e alla fine condurre prove cliniche. Verranno anche testate altre funzionalità.

“Nessuno conosce la migliore quantità di forza da applicare a un organo per indurre la crescita. Oggi, infatti, non sappiamo nemmeno quali forze stiamo applicando clinicamente, è tutto basato sull’esperienza del chirurgo. Un dispositivo robotico invece è in grado di individuare le forze migliori da applicare e quindi applicare precisamente quelle forze, migliorando i risultati e diminuendo i rischi di complicanze” – Pierre Dupont

 

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