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Radiografia dell'addome in cui si vede una videocapsula endoscopica ingerita, uno dei dispositivi medici che si possono inghiottire

Sapevi che esiste una batteria che si può ingoiare? È di carta e poi si dissolve da sola

Al MIT hanno creato una batteria di carta pensata per essere ingoiata. Alimenta le pillole elettroniche per qualche giorno e poi si dissolve nel corpo, senza bisogno di rimozione chirurgica.

Teresa Pitrola 6 giorni fa 0

Pubblicato il

Chi ha bambini piccoli lo sa bene: una pila a bottone finita in bocca vuol dire una corsa al pronto soccorso. Lo spiega uno dei protagonisti di questa storia, il gastroenterologo e ingegnere del MIT Giovanni Traverso. Secondo lui, una batteria a disco bloccata nell’esofago richiede la rimozione endoscopica d’urgenza, perché il danno ai tessuti comincia appena la pila li tocca: si genera una corrente elettrica che provoca un’ustione chimica.

Una pila a bottone LR44, il tipo di batteria pericoloso se ingoiato dai bambini
Una comune pila a bottone LR44. Foto: Raimond Spekking, licenza CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Eppure proprio dal laboratorio di Traverso arriva oggi una batteria fatta apposta per essere ingoiata. È grande quanto una pillola, è fatta di carta, attraversa il tratto gastrointestinale alimentando sensori e stimolatori e poi si dissolve da sola, senza lasciare nulla da recuperare.

Gli autori della ricerca

Lo studio, firmato da Mehmet Girayhan Say, Giovanni Traverso e colleghi, è stato pubblicato il 21 settembre sulla rivista Nature Chemical Engineering e finora è stato condotto solo su maiali. Si tratta di una testata del gruppo Nature. Anche la storica rivista Nature ha dedicato un servizio alla scoperta, firmato dalla giornalista scientifica Katherine Bourzac. Il titolo del paper, tradotto, è “Batterie bioriassorbibili per la bioelettronica ingeribile transitoria”. Il primo autore, Say, è uno scienziato dei materiali che oggi lavora alla Chalmers University of Technology, in Svezia.

Come è fatta: magnesio, cellulosa e cera d’api

Dietro l’idea c’è un’ispirazione quasi dolciaria. Il design si ispira alla carta di riso commestibile che avvolge alcune caramelle. La batteria è costruita a strati. L’anodo è di magnesio e il catodo di triossido di molibdeno. Per legare i materiali degli elettrodi, i ricercatori hanno usato nanofibrille di cellulosa, cioè in sostanza carta: sono robuste, porose, sottili e biodegradabili. In passato, nei tentativi precedenti, al loro posto si usavano adesivi molto più ingombranti.

Anche l’elettrolita, la sostanza che permette il passaggio degli ioni, è stato scelto con cura. Si tratta di un gel ionico biodegradabile a base di cloruro di colina e acido lattico, che si è rivelato più stabile di altre soluzioni biodegradabili.

C’è poi il “cappotto” della batteria. L’involucro è fatto di cere naturali: cera d’api per una protezione di breve durata e una cera vegetale per una tenuta più lunga. Non è un dettaglio estetico. Traverso lo ha detto chiaramente: “Il rivestimento di cera non è un semplice imballaggio”. È infatti la cera a regolare quanto a lungo la batteria resiste all’acidità dello stomaco prima di cominciare a sciogliersi.

Si scioglie davvero? E non fa male?

È la domanda più naturale. I materiali usati si dissolvono gradualmente nell’ambiente acido del tratto gastrointestinale e vengono poi assorbiti senza lasciare frammenti pericolosi o sottoprodotti tossici. I ricercatori hanno lavorato anche sulle dosi. Lo spessore degli elettrodi e la quantità di materiale sono stati calibrati in modo che, anche a dissoluzione completa, il magnesio e il molibdeno rilasciati restino sotto i limiti di assunzione giornaliera tollerabile. Il team ha anche verificato come la batteria si degrada, come si muove nell’intestino e se provoca danni ai tessuti.

I test sui maiali: tre giorni di energia nello stomaco

I numeri sono piccoli ma significativi. La batteria ha raggiunto un picco di 1,84 volt ed è rimasta funzionante nello stomaco degli animali fino a tre giorni. Ne sono state realizzate due versioni. La prima è una piccola cella circolare che entra in una capsula standard, la seconda è più grande e serve per i dispositivi che consumano più energia.

Il team l’ha messa alla prova con due dispositivi reali. Il primo è un’etichetta RFID, cioè un piccolo trasmettitore wireless arrotolato in una capsula. In aria comunicava fino a oltre quattro metri, e posizionata nell’esofago dei maiali restava rilevabile a un metro e mezzo. Il secondo è una capsula di stimolazione elettrica, che ha erogato impulsi per un massimo di tre giorni con una sola batteria.

A cosa servirà: dalle pillole che “parlano” ai farmaci intelligenti

I dispositivi ingeribili non sono più fantascienza da tempo. Le videocapsule che permettono ai medici di esplorare il tubo digerente sono già parte della pratica clinica. Il problema è l’energia. Di solito questi dispositivi si affidano a fonti di alimentazione esterne trasmesse a distanza o a comuni batterie a bottone. Le batterie tradizionali però contengono materiali che non si degradano e possono danneggiare i tessuti se l’involucro protettivo cede. C’è anche una questione di spazio: la batteria è il componente che occupa più volume in una capsula, quindi ridurla significa poter costruire dispositivi più piccoli.

Radiografia dell'addome in cui si vede una videocapsula endoscopica ingerita, uno dei dispositivi medici che si possono inghiottire
Una videocapsula endoscopica vista ai raggi X dentro l’addome di un paziente. Foto: Hellerhoff, licenza CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Le applicazioni immaginate sono tante. Secondo Traverso, la batteria potrebbe alimentare sensori che misurano temperatura, pH, pressione, motilità o segnali biochimici, sistemi che trasmettono dati fisiologici, dispositivi per il rilascio controllato di farmaci e apparecchi di elettrostimolazione gastrica o intestinale. Una delle prime applicazioni concrete riguarda l’aderenza terapeutica, cioè la verifica che il paziente prenda davvero le medicine prescritte. La tecnologia potrebbe supportare dispositivi temporanei che tracciano l’uso dei farmaci o erogano stimolazione elettrica senza dover essere rimossi.

L’ambizione finale va oltre la singola pila. Say lo riassume così: l’obiettivo è “una piattaforma elettronica completamente bioriassorbibile, senza necessità di recupero” per il tratto gastrointestinale. In pratica, una pillola elettronica che fa il suo lavoro e poi sparisce tutta intera, non solo la batteria.

Cosa ne pensano gli altri scienziati

La comunità scientifica guarda allo studio con interesse. Yin Lan, scienziata dei materiali dell’Università Tsinghua in Cina, ha spiegato a Nature che le prestazioni sono simili a quelle di altre batterie digeribili in sviluppo. Il vero punto di forza, secondo lei, è l’integrazione convincente in dispositivi ingeribili realistici, con funzionamento gastrico per più giorni e test su animali di grossa taglia.

Il MIT, peraltro, non è solo in questa corsa. Alla Binghamton University, ad esempio, il gruppo del professor Seokheun Choi ha sviluppato una batteria alimentata da una miscela di 15 ceppi probiotici, costruita su carta idrosolubile e progettata per dissolversi in ambienti acidi.

I limiti e i prossimi passi

Prima di vederla in farmacia ci vorrà tempo. Si tratta di uno studio in fase iniziale e la tecnologia va ancora perfezionata. Inoltre la capacità della batteria è ancora bassa. Per Traverso, la sfida principale resta controllare la durata di funzionamento della batteria e rendere più prevedibile la degradazione. Bisognerà anche dimostrare che la batteria è sicura e affidabile nelle condizioni più variabili del sistema digerente umano.

La tabella di marcia, però, c’è già. Il team sta lavorando verso una prima sperimentazione clinica del sistema RFID, che secondo Traverso potrebbe partire tra circa due anni. La pila che si ingoia, insomma, esiste davvero. E per una volta, inghiottirla potrebbe essere parte della cura.

Domande frequenti

Cos’è la batteria di carta ingeribile?

È una batteria sviluppata al MIT, fatta di magnesio, triossido di molibdeno e cellulosa e rivestita di cere naturali. Si ingoia per alimentare dispositivi medici all’interno del corpo e poi si dissolve.

Quanto dura la batteria dentro lo stomaco?

Nei test sui maiali è rimasta funzionante fino a tre giorni, con un picco di tensione di 1,84 volt.

È pericoloso ingoiarla?

I materiali si dissolvono nell’ambiente acido del tratto digerente e le quantità rilasciate restano sotto i limiti di assunzione giornaliera tollerabile. La sperimentazione però è stata condotta finora solo su animali.

A cosa serve una batteria ingeribile?

Può alimentare pillole elettroniche che monitorano temperatura, pH o pressione, dispositivi che verificano l’assunzione dei farmaci, capsule per il rilascio controllato di medicinali e sistemi di elettrostimolazione gastrica.

Quando sarà disponibile per i pazienti?

Non a breve. Il team del MIT punta a una prima sperimentazione clinica del sistema RFID tra circa due anni.
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Scritto da

Teresa Pitrola è una firma della redazione di Cose dell'Altro Mondo. Firma contenuti di ogni genere per il magazine.

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