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Oct 30, 2023

Aritmia cardiaca trattata con il "tatuaggio" di grafene utilizzando la luce

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I ricercatori guidati dalla Northwestern University e dall’Università del Texas ad Austin (UT) hanno sviluppato il primo impianto cardiaco realizzato in grafene, un super materiale bidimensionale con proprietà ultra resistenti, leggere e conduttive.

Simile nell'aspetto al tatuaggio temporaneo di un bambino, il nuovo impianto per "tatuaggio" in grafene è più sottile di una singola ciocca di capelli ma funziona ancora come un classico pacemaker. Ma a differenza degli attuali pacemaker e defibrillatori impiantati, che richiedono materiali duri e rigidi meccanicamente incompatibili con il corpo, il nuovo dispositivo si fonde dolcemente con il cuore per rilevare e trattare contemporaneamente i battiti cardiaci irregolari. L'impianto è abbastanza sottile e flessibile da adattarsi ai delicati contorni del cuore, nonché abbastanza elastico e forte da resistere ai movimenti dinamici di un cuore che batte.

Dopo aver impiantato il dispositivo in un modello di ratto, i ricercatori hanno dimostrato che il tatuaggio al grafene poteva rilevare con successo ritmi cardiaci irregolari e quindi fornire stimolazione elettrica attraverso una serie di impulsi senza limitare o alterare i movimenti naturali del cuore. Ancora meglio: la tecnologia è anche otticamente trasparente, consentendo ai ricercatori di utilizzare una fonte esterna di luce ottica per registrare e stimolare il cuore attraverso il dispositivo.

Lo studio sarà pubblicato giovedì (20 aprile) sulla rivista Advanced Materials. Si tratta dell'impianto cardiaco più sottile conosciuto fino ad oggi.

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"Una delle sfide per gli attuali pacemaker e defibrillatori è che sono difficili da fissare sulla superficie del cuore", ha affermato Igor Efimov della Northwestern, autore senior dello studio. "Gli elettrodi del defibrillatore, ad esempio, sono essenzialmente bobine costituite da fili molto spessi. Questi fili non sono flessibili e si rompono. Le interfacce rigide con i tessuti molli, come il cuore, possono causare varie complicazioni. Al contrario, il nostro dispositivo morbido e flessibile è non solo è discreto, ma si adatta anche intimamente e perfettamente al cuore per fornire misurazioni più precise."

Cardiologo sperimentale, Efimov è professore di ingegneria biomedica presso la McCormick School of Engineering della Northwestern e professore di medicina presso la Feinberg School of Medicine della Northwestern University. Ha co-condotto lo studio con Dmitry Kireev, un ricercatore associato presso l'UT. Zexu Lin, un dottorato di ricerca. candidato nel laboratorio di Efimov, è il primo autore dell'articolo.

Conosciuti come aritmie cardiache, i disturbi del ritmo cardiaco si verificano quando il cuore batte troppo velocemente o troppo lentamente. Sebbene alcuni casi di aritmia non siano gravi, molti casi possono portare a insufficienza cardiaca, ictus e persino morte improvvisa. Infatti, le complicazioni legate all’aritmia mietono circa 300.000 vittime ogni anno negli Stati Uniti. I medici comunemente trattano l’aritmia con pacemaker e defibrillatori impiantabili che rilevano battiti cardiaci anomali e quindi correggono il ritmo con la stimolazione elettrica. Sebbene questi dispositivi siano salvavita, la loro natura rigida può limitare i movimenti naturali del cuore, danneggiare i tessuti molli, causare disagio temporaneo e indurre complicazioni, come gonfiore doloroso, perforazioni, coaguli di sangue, infezioni e altro ancora.

Tenendo presenti queste sfide, Efimov e il suo team hanno cercato di sviluppare un dispositivo biocompatibile ideale per conformarsi ai tessuti molli e dinamici. Dopo aver esaminato diversi materiali, i ricercatori hanno optato per il grafene, una forma di carbonio atomicamente sottile. Con la sua struttura ultra resistente e leggera e una conduttività superiore, il grafene ha un potenziale per molte applicazioni nell'elettronica ad alte prestazioni, nei materiali ad alta resistenza e nei dispositivi energetici.