Gli ingegneri dell’Università di Stanford sviluppano un nuovo dispositivo indossabile per monitorare le dimensioni dei tumori. Si tratta di una membrana simile alla pelle, sensibile elettronicamente, che può misurare le variazioni delle dimensioni dei tumori al centesimo di millimetro. Il dispositivo autonomo con un sensore flessibile ed estensibile che può essere attaccato alla pelle per misurare le dimensioni variabili dei tumori sottostanti non è invasivo, viene alimentato a batteria, è sensibile a un centesimo di millimetro (10 micrometri) e può trasmettere i risultati a un’app per smartphone in modalità wireless in tempo reale, premendo un pulsante.

Il sistema Fast (Flexible Autonomous Sensor Measuring Tum) misura la regressione delle dimensioni del tumore e rappresenta un nuovo modo per testare l’efficacia dei farmaci antitumorali. Secondo i ricercatori il 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 il 16 settembre su Science Advances.

Un sensore con polimero

Ogni anno i ricercatori testano migliaia di potenziali farmaci antitumorali su topi con tumori sottocutanei. Pochi arrivano ai pazienti e il processo di ricerca di nuove terapie è lento perché le tecnologie per misurare la regressione del tumore dopo il trattamento farmacologico richiedono settimane per avere una risposta. La variazione biologica intrinseca dei tumori, le carenze degli approcci di misurazione esistenti e le dimensioni relativamente ridotte dei campioni rendono lo screening dei farmaci difficile e laborioso.

“In alcuni casi, i tumori sotto osservazione devono essere misurati a mano con dei calibri“, spiega Alex Abramson, primo autore dello studio. L’uso di calibri metallici simili a pinze per misurare i tessuti molli non è ideale e gli approcci radiologici non possono fornire il tipo di dati continui necessari per una valutazione in tempo reale. Fast è in grado di rilevare le variazioni di volume del tumore su scala di un minuto, mentre le misurazioni con calibro e 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 flessibile ed estensibile simile alla pelle che include uno strato incorporato di circuiti in oro. Questo sensore è collegato a un piccolo zaino elettronico progettato dagli ex postdoc e co-autori Yasser Khan e Naoji Matsuhisa. Il dispositivo misura la tensione della membrana – quanto si allunga o si restringe – e trasmette i dati a uno smartphone. Utilizzando lo zaino Fast, le potenziali terapie che sono collegate alla regressione delle dimensioni del tumore possono essere rapidamente e con sicurezza escluse come inefficaci o avviate a ulteriori studi.

Gli esperimenti sui topi

Sulla base degli studi condotti sui 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 topo 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 i cambiamenti di forma che sono difficili da individuare con altri metodi. In terzo luogo, Fast è autonomo e non invasivo. È collegato alla pelle, non diversamente da una benda adesiva, funziona a batteria ed è collegato in modalità wireless. Il topo è libero di muoversi, senza essere vincolato dal dispositivo o dai fili, e gli scienziati non devono manipolare attivamente i topi dopo il posizionamento del sensore. Le confezioni Fast sono inoltre riutilizzabili, costano solo 60 dollari o poco più per essere assemblate e possono essere attaccate al topo in pochi minuti.

Sopra il polimero simile alla pelle c’è uno strato d’oro che, quando viene allungato, sviluppa piccole crepe che modificano la conduttività elettrica del materiale. Allungando il materiale, il numero di crepe aumenta, facendo aumentare anche la resistenza elettronica del sensore. Quando il materiale si contrae, le crepe tornano a contatto e la conduttività migliora. Sia Abramson sia il coautore Matsuhisa, professore associato presso l’Università di Tokyo, hanno descritto come la propagazione delle crepe e i cambiamenti esponenziali nella conduttività possano essere matematicamente equiparati ai cambiamenti di dimensione e volume.

Un ostacolo che i ricercatori hanno dovuto superare è stato il timore che il sensore potesse compromettere le misurazioni applicando una pressione eccessiva sul tumore, schiacciandolo di fatto. Per aggirare questo rischio, hanno fatto corrispondere le proprietà meccaniche del materiale flessibile a quelle della pelle, in modo da rendere il sensore flessibile ed elastico come la pelle vera.

“È un progetto 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“.