Il minuscolo ago può entrare nel corpo attraverso un’incisione non più grande di una puntura di spillo per eseguire biopsie, suturare ferite e persino somministrare chemioterapia contro il cancro direttamente ai tumori.
Il design dell’ago basato sull’impatto, meccanismo di impatto con sequenza di attivazione magnetica e ottimizzazione della lunghezza del magnete, è così descritto in questa figura (vedi):
a) L’ago magnetico basato sull’impatto è costituito da cinque componenti principali: la punta dell’ago, la piastra di impatto, il corpo tubolare, il magnete permanente e un cappuccio.
b) Questi componenti sono assemblati tramite adesivi a base di cianoacrilato o press-fit (fissaggio a pressione) all’interno della struttura tubolare. Il magnete permanente è leggermente più piccolo del diametro della struttura tubolare ed è dimensionato in modo da permettergli di muoversi liberamente avanti e indietro all’interno del tubo.
c) Aumentando la lunghezza del magnete si aumenta la forza magnetica applicata ma si riduce la possibile distanza di percorrenza all’interno di un corpo tubolare limitato. Per massimizzare la forza d’impatto, la dimensione ottimale del magnete risulta essere 0,66 volte la lunghezza complessiva del corpo tubolare.
d) Il magnete mobile viene tirato avanti e indietro nel corpo tubolare per creare forze di impatto ripetitive. Il campo magnetico creato mantiene l’allineamento del magnete lungo la direzione di penetrazione.
e) Istantanee di registrazione ad alta velocità del momento di collisione e della corsa complessiva del magnete.
Controllati da forze magnetiche applicate esternamente, senza fili guida o mani umane o robotiche, questi minuscoli strumenti promettono un futuro di chirurgia più precisa, più sicura e molto meno invasiva, ma c’è un intoppo: man mano che i dispositivi diventano più piccoli, maggiore deve essere la loro risposta alle forze magnetiche che li fanno muovere e orientare.
Axel Krieger, assistente professore di ingegneria meccanica presso la Johns Hopkins Whiting School of Engineering, ha detto:
«Questi strumenti estremamente piccoli hanno il potenziale per rivoluzionare la medicina, ma come sa chiunque abbia giocato con i magneti, le dimensioni sono importanti, più piccolo è lo strumento chirurgico, meno invasivo è l’intervento chirurgico, ma anche più debole è la risposta del dispositivo alla forza magnetica. Una delle maggiori sfide che dobbiamo affrontare è come garantire che questi mini strumenti possano essere spostati con una forza sufficiente per penetrare nei tessuti e fare il lavoro che sono lì per fare».
Axel Krieger e un team di ingegneri della Johns Hopkins Engineering, dell’Università del Maryland e del Dartmouth-Hitchcock Medical Center, hanno una soluzione: un ago chirurgico dotato di piccoli magneti all’interno che, quando stimolati dalle forze applicate esternamente, scivolano da un’estremità dell’ago a un altro, picchiettando contro una piastra rigida e fornendo ampia forza per penetrare nei tessuti, hanno chiamato il loro dispositivo “Pulse Actuated Collisions for Tissue-penetrating Needle” (Collisioni azionate a impulsi per aghi penetranti nel tessuto) o MPACT-Needle (MPACT-Ago).
Lo studio del team di ricercatori, che descrive la prima dimostrazione in assoluto che gli aghi magnetici non collegati possono essere abbastanza potenti da eseguire un intervento chirurgico, è stato pubblicato nella rivista Advanced Intelligent Systems. Lo studio è stato supportato dalla National Science Foundation e dal National Eye Institute del National Institutes of Health e dal National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering.
Axel Krieger e il suo team per i loro esperimenti hanno collegato all’ago un sottile filo di materiale di sutura, utilizzando il joystick collegato a un computer, hanno fornito i comandi che hanno consentito all’ago MPACT di eseguire la sutura chirurgica su un campione di cornea di coniglio.
Onder Erin del dipartimento ingegneria meccanica presso la Johns Hopkins, ha condotto lo studio, ha detto:
«Abbiamo dimostrato che questi minuscoli aghi magnetici possono avere forze sufficientemente forti per eseguire interventi chirurgici delicati con invasività limitata. Posso immaginare un momento in cui il nostro dispositivo verrà utilizzato anche per eseguire biopsie e persino somministrare terapie e chemioterapia direttamente ai tumori».
Il prossimo passo del team di ricercatori è sviluppare migliori e più accurati algoritmi di controllo del movimento, dotati di modalità di imaging per controllare con precisione il movimento del dispositivo, rendendo gli interventi chirurgici e le procedure più sicuri.
Il team di ricercatori ha affermato che se la tecnologia avrà successo, i loro nuovi aghi magnetici potranno essere utilizzati per accedere ad aree delicate e difficili da raggiungere del corpo, come il dotto biliare, per somministrare farmaci direttamente ai tumori, estrarre campioni bioptici o suturare una ferita in modo rapido ed efficace per arginare l’emorragia interna.
