Chirurgia ad ultrasuoni

Future tecnologie per procedure mediche senza contatto

Forse in futuro i chirurghi non saranno rimpiccioliti e iniettati all’interno del corpo umano, come nel film di fantascienza anni ’60 “Viaggio allucinante“, ma potrebbero essere in grado di programmare una serie di mini-altoparlanti per creare un complesso campo sonoro che ‘intrappola’ e manipola oggetti selezionati tramite delle ‘pinzette acustiche’ (acoustic tweezers), in gradi di manipolare dall’interno i tessuti.

I progressi in questa specifica tecnica, presentati dal Professor Bruce Drinkwater del Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’Università di Bristol e dal collega Dr. Asier Marzo, dell’Università Pubblica Di Navarra in Spagna, stanno veicolando la tecnologia verso questa realtà dai tratti futuristici. I recenti esperimenti compiuti dal team, pubblicati il 17 dicembre scorso negli Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze (PNAS), hanno documentato per la prima volta la levitazione acustica e la manipolazione di più oggetti contemporaneamente.

Il professor Drinkwater ipotizza di utilizzare questa tecnica sofisticata per ricucire lesioni interne o per somministrare farmaci ad organi bersaglio. “Con l’uso di questa tecnica, abbiamo più versatilità, più coppie di mani per la manipolazione e per eseguire procedure complesse. Apre a possibilità che prima non c’erano“, sostiene lo scienziato.

Il suono esercita una piccola forza acustica e alzando il volume delle onde ultrasoniche, troppo acute per essere avvertite dagli esseri umani, gli scienziati sono in grado di creare un campo sonoro abbastanza forte da spostare piccoli oggetti. Sfruttando tali principi, il professor Drinkwater e il Dr. Marzo sono stati in grado di generare campi sonori abbastanza complessi da intrappolare oggetti multipli nelle posizioni volute.

Il Dr Marzo ha spiegato: “Abbiamo applicato un nuovo algoritmo che controlla una schiera di 256 piccoli altoparlanti permettendoci di creare i complessi campi acustici a forma di pinzetta“.

Le pinzette acustiche hanno capacità simili alle pinzette ottiche, premio Nobel 2018, che utilizzano i laser per intrappolare e trasportare micro-particelle. Tuttavia, le pinzette acustiche hanno maggiori vantaggi rispetto ai sistemi ottici, quando si tratta di operare all’interno del tessuto umano.

I laser viaggiano solo attraverso supporti trasparenti, rendendoli difficili da usare per applicazioni all’interno del tessuto biologico. D’altra parte, l’ecografia viene abitualmente utilizzata nelle scansioni dei tessuti durante la gravidanza e nel trattamento dei calcoli renali, ad esempio, poiché può penetrare in modo sicuro e non invasivo nel tessuto biologico.

Un altro vantaggio è che i dispositivi acustici sono 100.000 volte più efficienti rispetto ai sistemi ottici. Il professor Drinkwater ha spiegato: “Le pinzette ottiche sono una tecnologia fantastica, ma sempre pericolosamente vicina all’uccisione delle cellule che vengono spostate, con l’acustica applichiamo lo stesso tipo di forze ma un quantitativo minore di energia. Ci sono molte applicazioni che richiedono la manipolazione cellulare e i sistemi acustici sono la perfetta soluzione“.

Per dimostrare l’accuratezza del loro sistema, gli scienziati hanno attaccato due sfere millimetriche di polistirene a un pezzo di filo e hanno usato le pinzette acustiche per “cucire” il filo ad una porzione di stoffa. Il sistema può arrivare a controllare simultaneamente il movimento, in 3D, di un massimo di 25 di queste sfere.

Gli scienziati sono convinti che, di qui ad un anno, la stessa metodologia possa essere adattata alla manipolazione delle particelle in acqua. Lo step successivo potrebbe essere quindi l’adattamento della tecnica alla manipolazione del tessuto biologico.

Il Dr Marzo ha spiegato: “La flessibilità delle onde sonore ultrasoniche ci consentirà di operare a scale di micrometri per posizionare le celle all’interno di assemblati stampati in 3D o tessuti viventi, oppure su scala più grande, arrivando a far levitare pixel tangibili all’interno di un ologramma fisico a mezz’aria“.

Questo progetto è stato finanziato dal Consiglio di Ricerca di Ingegneria e Fisica (EPSRC) del Regno Unito.

Fonte: sciencedaily.com