Nuove lenti a contatto intelligenti

Nuove lenti a contatto intelligenti

Biotecnologie: lenti a contatto Smart in grado di sfruttare le caratteristiche peculiari dell’occhio per diagnosticare le malattie, la fornitura di farmaci e altro ancora.

L’occhio umano può rivelare un sacco di cose su di una persona. Guardando qualcuno negli occhi si può dire se è felice o triste, veritiero o non sincero, sobrio o ubriaco. Da un’analisi ancora più approfondita gli oculisti sono anche in grado di valutare la salute di una persona, grazie all’osservazione delle condizioni che colpiscono l’occhio stesso, ad esempio l’ipertensione e i tumori cerebrali possono essere diagnosticati esaminando la retina. Gli occhi sono quindi per molti aspetti delle finestre sul nostro corpo.

Ora veniamo alle lenti a contatto, normalmente utilizzate per mettere a fuoco il mondo esterno, possono essere sfruttate per “guardare” all’interno del nostro corpo, proprio attraverso quelle finestre di cui parlavamo in precedenza. L’idea di lenti a contatto “intelligenti”, in grado di sovrapporre le informazioni sul campo visivo a chi le indossa non è una novità, bensì le lenti che utilizzano alcuni sensori incorporati e l’elettronica per il monitoraggio della malattia e la dispensazione di farmaci sono una prospettiva futura. Tali dispositivi possono eventualmente essere in grado di misurare il livello di colesterolo o di alcool nel sangue e di conseguenza produrre un avviso o un flash per segnalarlo.

Caratteristiche delle nuove lenti a contatto intelligenti

“La tecnologia ha un enorme potenziale” spiega Babak Parviz, ricercatore presso l’Università di Washington, a Seattle; Parviz è uno dei pionieri delle lenti a contatto intelligenti. “Queste lenti potrebbero fungere da sensori e display, fornendo nuove modalità per il passaggio di dati dentro e fuori dal corpo. Con l’aggiunta di piccoli emettitori di luce alle lenti a contatto risulta inoltre possibile mappare immagini digitali direttamente sul campo visivo di chi le indossa, per creare un head-up display o sfruttare una realtà aumentata di sovrapposizione che non necessita di occhiali, schermo e l’auricolare. L’obiettivo finale sarebbe quello di avere un display a pieno titolo”, spiega Parviz.

Le prime lenti a contatto intelligenti sono già presenti sul mercato. The Triggerfish, creata da Sensimed, uno spin-off del Politecnico federale di Losanna, è una lente a contatto alimentata senza fili progettata per aiutare le persone con glaucoma a gestire il loro trattamento. La lente in questione misura continuamente la curvatura dell’occhio per un periodo di 24 ore grazie ad un sistema di sensori micro-elettromeccanici (MEMS) incorporato nella lente.

Nei pazienti con glaucoma il liquido si accumula all’interno dell’occhio e mette pressione sul nervo ottico. Se non è trattato correttamente può danneggiare irreversibilmente la vista del paziente, spiega Jean-Marc Wismer, amministratore delegato di Sensimed. Ma la determinazione del corretto trattamento farmacologico richiede prima di tutto un monitoraggio per sapere se durante il giorno la pressione intraoculare (IOP) ha dei picchi.

Al momento non esiste una tecnologia che può misurare continuamente la pressione intraoculare, “L’attuale standard è di mettere i pazienti in un laboratorio per 24 ore”, dice il signor Wismer. Durante questo periodo chiamato IOP un paziente può essere sottoposto alla misurazione più volte nell’arco di poche ore, utilizzando una macchina standard chiamata tonometro di Goldmann. Ma anche se questo approccio può misurare la pressione intraoculare in modo molto efficace, non è in grado di farlo continuamente.

Misurando i cambiamenti nella curvatura dell’occhio causata da un accumulo di pressione interna, le lenti Triggerfish Sensimed sono in grado di costruire un profilo molto più accurato. Oltre agli strain gauge, tutta l’elettronica necessaria per gestire il segnale di elaborazione e le comunicazioni sono inserite all’interno della lente costituita da silicone.

Per alimentare il dispositivo e trasmettere i dati dalla lente ad un ricevitore viene utilizzato un ciclo di induzione. (Le spirali a induzione sono utilizzate anche per alimentare gli apparecchi acustici senza alcun bisogno di fili fastidiosi.) Dalla fine del 2010 la tecnologia è stata resa disponibile in otto paesi europei, oltre che in America e l’approvazione di queste nuove lenti è prevista entro la fine di quest’anno, sempre secondo mr Wismer che afferma: “Attualmente abbiamo circa 200 pazienti in totale”.

Le lacrime prodotte dall’occhio umano però contengono atomi di carica che interferiscono con il funzionamento della lente. Inoltre il dispositivo ha uno svantaggio notevole, infatti il corto raggio di induzione verso l’antenna fa si che essa debba essere molto vicina all’occhio; ovvero appiccicata con del nastro adesivo. Indossare un piccolo chip all’interno dell’ occhio, che in ogni caso non compromette la vista sembra già abbastanza strano, ma avere un monocolo gigante attaccato alla testa lo è ancora di più.

E ‘tutt’altro che ideale, ammette il signor Wismer, ma il dispositivo della sua azienda non è pensato per essere indossato in modo continuo. L’idea è che venga indossato per 24 ore una volta ogni sei mesi o giù di lì. La speranza è che questo dispositivo aiuti a migliorare il trattamento del glaucoma illuminando il rapporto tra le variazioni di IOP e la progressione della malattia.

Un altro importante progetto in via di sviluppo parla di una lente studiata per essere indossata in modo continuo durante il giorno. Questo obiettivo ha lo scopo di curare malattie piuttosto che monitorarle. È stato sviluppato da Daniel Kohane, professore di anestesiologia e direttore del Laboratorio di Biomateriali e Drug Delivery presso l’Ospedale dei Bambini di Boston. Le sue lenti intelligenti sono state progettate per rilasciare i farmaci lentamente negli occhi per un lungo periodo.

In confronto con la semplicità del collirio questo progetto può sembrare un po’ al di sopra delle righe, ma ci sono delle ottime ragioni per sviluppare questo tipo di tecnologia, afferma il dottor Kohane. “Il collirio non sembra essere molto efficiente, solo una piccola parte viene effettivamente catturata dagli occhi. Un altro limite del collirio è la conformità. Un problema comune con le malattie oftalmiche è che i pazienti non riescono ad applicare il loro collirio come prescritto. Le cose quindi non funzionano come dovrebbero, il che porta ad una escalation della malattia e della terapia”.

Una nuova prospettiva nella somministrazione dei farmaci.

Soluzione del dottor Kohane è quella di creare un tipo di lenti a contatto “incapsulato” all’interno di un sacchetto contenente un farmaco. “E’ una ciambella toroidale piatta, fatta di un polimero permeabile che contiene il farmaco” spiega il dottore. “Come il film si degrada avviene il rilascio gaduale del farmaco”. Il carico utile potrebbe essere qualsiasi cosa, come un antidolorifico, un antibiotico o un farmaco antinfiammatorio. Gli esperimenti in vitro hanno dimostrato che tale progetto potrebbe continuare a rilasciare ciprofloxacina, un antibiotico, in modo controllato per oltre 100 giorni.

Il design attuale è puramente passivo, ma il dottor Kohane sta lavorando su una versione che può essere attivata in risposta ad uno stimolo particolare. Se il suo progetto dovesse essere combinato con sensori simili a quelli trovati nella lente Triggerfish, per esempio, sarebbe possibile monitorare la IOP e fornire farmaci per il glaucoma quando ritenuto più opportuno. Ma ci sono altre cose che devono essere prese in considerazione. “Se ad esempio con un colpo di tosse la mia pressione intraoculare dovesse aumentare?”, si interroga Kohane. Una lente a contatto intelligente dovrebbe essere in grado di adeguarsi per far fronte a questo problema.

Un ulteriore interrogativo è l’effetto che un tale progetto terapeutico può avere sulla visione di chi indossa la lente. “Una delle preoccupazioni principali è che quando il farmaco viene rilasciato, il cambiamento di forma interferisca con la messa a fuoco del paziente”, spiega Kohane. Questa è una delle ragioni per cui la lente è a forma di ciambella, in modo che si avvolga intorno alla pupilla senza oscurare la visione di chi la indossa.

Una volta che le lenti a contatto Smart saranno ultimate e perfezionate non resta che concentrarsi sul controllo e sul trattamento degli occhi. Il Dr. Parviz ha sviluppato un diverso tipo di lente destinato a controllare i livelli di glucosio nelle persone con diabete. L’occhio è un luogo veramente ottimo per monitorare il glucosio in maniera non invasiva in quanto i livelli di glucosio nel fluido lacrimale corrispondono direttamente a quelli del sangue. Questo significa che i livelli possono essere misurati in maniera continua senza nemmeno una puntura di spillo.

Per misurare il livello di glucosio il Dr. Parviz utilizza una tecnica chiamata “di rilevamento amperometrico” che consiste nella misurazione dei cambiamenti di correnti tra le serie di elettrodi. Come la lente che abbiamo visto in precedenza anche questa è alimentata e comunica senza fili. Ma il suo design ha una gamma più ampia, per cui non necessita di alcuna spira magnetica intorno all’occhio.

Alcuni test eseguiti sui conigli hanno dimostrato che queste lenti sono in grado di rilevare anche i livelli di glucosio molto bassi, afferma sempre il dottor Parviz. Ma c’è un problema con l’utilizzo del rilevamento amperometrico: gli elettrodi non sono sigillati all’interno della lente e quindi sono esposti. La vita della lente risulta quindi molto breve in quanto i sensori si esauriscono assai rapidamente. E ‘possibile ovviare a questo problema con una regolare pulizia della lente stessa, anche se non è anchora chiaro quale effetto avrebbe un’assidua pulizia con dei liquidi sull’elettronica incorporata. Anche le lacrime costituiscono un problema perché contengono atomi elettricamente carichi, o ioni, che interferiscono con il funzionamento della lente.

Come per il dispositivo Sensimed anche nelle lenti del Dr. Parviz tutti i componenti elettronici e i sensori si trovano al di fuori della zona centrale della lente, per evitare interferenze con la vista di chi le indossa. Ma il dottor Parviz vorrebbe aggiungere altri elementi di visualizzazione alle sue lenti, sotto forma di piccoli diodi emettitori di luce (LED), in modo che possano sovrapporre le informazioni sul campo visivo di chi la indossa.

Lo stesso Dr. Parviz ha già dimostrato che dei punti rossi e blu, o pixel, possono effettivamente essere incorporati nelle lenti, anche se mancherebbe il verde per creare un vero e proprio display a colori. I pixel possono essere alimentati in modalità wireless ed è possibile ottenere l’ottica necessaria per mettere a fuoco questi punti di luce nonostante siano così vicini all’occhio. Finora, tuttavia, il miglior risultato del Dr. Parviz è una lente con un display contenente una griglia di soli otto pixel.

Data l’ubiquità di schermi ad alta definizione che contengono milioni di pixel questo può non sembrare sicuramente un passo avanti molto impressionante. Ma vale la pena ricordare che questo progetto è molto più difficile rispetto alla creazione di schermi normali. A prescindere dalla difficoltà di alimentare un dispositivo così piccolo e mettere a fuoco i pixel, la piccola dimensione di una lente a contatto fa si che i pixel debbano essere molto più piccoli rispetto a quelli contenuti in un tipico monitor del computer o di un display per telefonini, in modo da fornire una risoluzione analoga. “I nostri pixel più piccoli sono di circa 50 micron di diametro” “Possiamo sicuramente fare di meglio.”

E ‘ancora presto per questo nuovo campo. Per il Dr. Parviz gli obiettivi immediati riguardano la costruzione di semplici monitor a bassa risoluzione e lo sviluppo di altri tipi di biosensori, come ad esempio quelli in grado di misurare i livelli di acido lattico negli atleti durante l’allenamento. Come lui anche altri ricercatori stanno sviluppando delle lenti a contatto intelligenti con nuove funzionalità, questa è senza dubbio una tecnologia che vale la pena tenere d’occhio.

2 Comments

  1. Ionela 15 settembre 2011
  2. Raffaele65 16 settembre 2011

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