Il futuro dei dispositivi medici potrebbe vedere una sempre maggiore attenzione allo sviluppo di biorot impiantatili nel corpo umano ottenuti con la tecnica iMEMS (implantable microelectromechanical systems): uno nuovo passo avanti in tal senso è stato fatto dal gruppo della Columbia University guidato da Sam Sia, che ha sviluppato nuovi idrogel biocompatibili e impilabili a strati per la costruzione di microdispositivi 3D che comprendono anche parti mobili. La ricerca, i cui risultati sono stati pubblicati su Science Robotics, ha sfruttato le proprietà meccaniche e diffusive degli idrogel per creare un meccanismo di “locking” che consente di ottenere dispositivi in grado di agire, ad esempio, come valvole, pompe o sistemi di drug delivery senza il bisogno di fonti esterne di energia.

Nuovi idrogel per la fabbricazione di microdispositivi impiantatili e biocompatibili complessi sono stati sviluppati dai ricercatori della Columbia University (credits:SauYin Chin/Columbia Engineering)
Nuovi idrogel per la fabbricazione di microdispositivi impiantatili e biocompatibili complessi sono stati sviluppati dai ricercatori della Columbia University (credits:SauYin Chin/Columbia Engineering)

Lo studio su un modello murino di tumore osseo ha permesso di evidenziare per la doxorubicina rilasciata dal dispositivo su un periodo di 10 giorni un profilo di efficacia e tossicità migliore rispetto ai metodi standard di somministrazione, con riduzione a un decimo della dose chemioterapica.

I biopolimeri sono stati ottenuti mediante polimerizzazione indotta dalla luce in modo tale da ottenere direttamente fogli del gel grazie a un meccanismo a stepper per il controllo della formazione tridimensionale del device anche sull’asse z. L’intera struttura del microdispositivo è stata fabbricata con tecnica additiva in circa 30 minuti. “È difficile lavorare con gli idrogel in quanto sono morbidi e non sono compatibili con le tecniche delle macchine tradizionali“, ha spiegato il primo autore dell’articolo, Sua Yin Chin. Il gruppo di Sia ha fatto un fine tuning delle proprietà meccaniche del materiale in modo tale da combinare in modo ottimale la rigidità delle strutture che entrano a contatto tra loro all’interno del dispositivo. Le strutture che formano i meccanismi di locking, ad esempio, devono essere soffici e flessibili per permettere agli ingranaggi di scorrere al loro interno durante il funzionamento e, allo stesso tempo, devono essere sufficientemente rigide per mantenere in posizione gli ingranaggi quando il dispositivo è spento. “Abbiamo anche studiato le proprietà diffusive degli idrogel per assicurarci che i farmaci caricati non diffondessero con facilità tra gli strati del gel. La nostra piattaforma iMEMS permette lo sviluppo di microdispositivi impiantabili biocompatibili con un’ampia gamma di componenti mobili complesse che possono essere controllate in modalità wireless e on-demand – ha commentato Sam Sia. – La nostra piattaforma ha un gran numero di possibili applicazioni, tra cui il sistema di drug delivery che abbiamo dimostrato nell’articolo e che è collegato alla possibilità di fornire dosi personalizzate di farmaco per la medicina di precisione“.