Gli ingegneri della Stanford University hanno creato un piccolo dispositivo autonomo con un sensore estensibile e flessibile che può aderire alla pelle per misurare le dimensioni variabili dei tumori sottostanti. Il dispositivo non invasivo, alimentato a batteria, è sensibile a un centesimo di millimetro e può trasmettere i risultati a un’app per smartphone in modalità wireless in tempo reale premendo un pulsante.
Il sistema FAST misura la regressione delle dimensioni del tumore ed è un nuovo modo per testare l’efficacia dei farmaci antitumorali.
In termini pratici, affermano i ricercatori, il loro dispositivo rappresenta un modo completamente nuovo, veloce, economico, a mani libere e accurato per testare l’efficacia dei farmaci antitumorali. Su scala più ampia, potrebbe portare a nuove promettenti direzioni nel trattamento del cancro. FAST è descritto in dettaglio in un articolo pubblicato su “Science Advances”.
Ogni anno i ricercatori testano migliaia di potenziali farmaci antitumorali su topi con tumori sottocutanei. Pochi arrivano ai pazienti umani e il processo per trovare nuove terapie è lento perché le tecnologie per misurare la regressione del tumore dal trattamento farmacologico impiegano settimane per leggere una risposta. La variazione biologica intrinseca dei tumori, le carenze degli approcci di misurazione esistenti e le dimensioni del campione relativamente piccole rendono gli screening dei farmaci difficili e laboriosi.
“In alcuni casi, i tumori sotto osservazione devono essere misurati a mano con calibri”, afferma Alex Abramson, primo autore dello studio e recente post-dottorato nel laboratorio di Zhenan Bao, il K.K. Lee Professor in Ingegneria Chimica presso la Stanford School of Engineering.
L’uso di pinze metalliche simili a calibri per misurare i tessuti molli non è l’ideale e gli approcci radiologici non possono fornire il tipo di dati continui necessari per la valutazione in tempo reale. FAST è in grado di rilevare i cambiamenti nel volume del tumore su una scala temporale minuto, mentre le misurazioni del calibro e della bioluminescenza spesso richiedono periodi di osservazione di settimane per leggere i cambiamenti nelle dimensioni del tumore.
Il sensore di FAST è composto da un polimero simile alla pelle flessibile ed estensibile che include uno strato incorporato di circuiti dorati. Questo sensore è collegato a un piccolo zaino elettronico progettato da ex postdoc e coautori Yasser Khan e Naoji Matsuhisa. Il dispositivo misura la tensione sulla membrana e trasmette i dati a uno smartphone. Utilizzando lo zaino FAST, le potenziali terapie legate alla regressione delle dimensioni del tumore possono essere escluse rapidamente e con sicurezza come inefficaci o accelerate per ulteriori studi.
Sulla base di studi con i topi, i ricercatori affermano che il nuovo dispositivo offre almeno tre progressi significativi. In primo luogo, fornisce un monitoraggio continuo, poiché il sensore è fisicamente collegato al mouse e rimane in posizione per l’intero periodo sperimentale. In secondo luogo, il sensore flessibile avvolge il tumore ed è quindi in grado di misurare cambiamenti di forma difficili da distinguere con altri metodi. Terzo, FAST è sia autonomo che non invasivo. È collegato alla pelle, non diversamente da una benda adesiva, funziona a batteria e connesso in modalità wireless. Il mouse è libero di muoversi libero dal dispositivo o dai cavi e gli scienziati non hanno bisogno di gestire attivamente i topi dopo il posizionamento del sensore. I pacchetti FAST sono anche riutilizzabili, costano solo 60 dollari circa per l’assemblaggio e possono essere collegati al mouse in pochi minuti.
La svolta è nel materiale elettronico flessibile di FAST. Rivestito sopra il polimero simile alla pelle è uno strato d’oro, che, una volta allungato, sviluppa piccole crepe che cambiano la conduttività elettrica del materiale. Allungare il materiale e aumentare il numero di crepe, facendo aumentare anche la resistenza elettronica nel sensore. Quando il materiale si contrae, le crepe tornano in contatto e la conducibilità migliora.
Sia Abramson che il coautore Matsuhisa, professore associato all’Università di Tokyo, hanno descritto come queste propagazioni delle cricche e cambiamenti esponenziali nella conduttività possano essere matematicamente equiparati ai cambiamenti di dimensione e volume.
Un ostacolo che i ricercatori hanno dovuto superare era la preoccupazione che il sensore stesso potesse compromettere le misurazioni applicando una pressione eccessiva al tumore, comprimendolo efficacemente. Per aggirare questo rischio, hanno abbinato accuratamente le proprietà meccaniche del materiale flessibile alla pelle stessa per rendere il sensore flessibile e flessibile come la pelle reale.
“È un design ingannevolmente semplice”, afferma Abramson, “ma questi vantaggi intrinseci dovrebbero essere molto interessanti per le comunità farmaceutiche e oncologiche. FAST potrebbe accelerare, automatizzare e ridurre significativamente il costo del processo di screening delle terapie contro il cancro”.
(Photo credit: Alex Abramson, Bao Group, Stanford University)
