Primo dispositivo indossabile misura l’attività neurale

Roma –  Un dispositivo indossabile e non invasivo è risultato efficace nel misurare l’attività dei nervi cervicali umani in ambito clinico. A sviluppare la tecnologia descritta su Communications Biology, sono stati i ricercatori dell’UC San Diego. Il dispositivo registra ciò che la squadra di ricerca chiama Neurografia Autonomica, o ANG, ovvero l’attività neurale dei nervi vaghi e del seno carotideo dell’uomo, nonché di altri nervi autonomi presenti nella pelle e nei muscoli del collo. Il nervo vago è una “superstrada” del sistema nervoso involontario, con i suoi viticci che si estendono dalla base del cranio attraverso il tronco e l’addome per influenzare la digestione, la frequenza cardiaca e il sistema immunitario. Il nervo vago svolge un ruolo fondamentale nella risposta infiammatoria dell’organismo a lesioni o infezioni ed è stato al centro di ricerche su condizioni mortali come la sepsi, una delle principali cause di morte al pronto soccorso che colpisce ogni anno almeno 1,7 milioni di adulti negli Stati Uniti, secondo il National Institute of General Medical Sciences, e il disturbo da stress post-traumatico, che colpisce circa il 3,5% della popolazione, secondo il National Institute of Mental Health. Per offrire ai medici uno strumento che permetta una misurazione in tempo reale e che sia clinicamente testato per rilevare i livelli di attività del sistema nervoso involontario, un segnale di allarme precoce di un corpo sotto stress, i ricercatori hanno progettato un array di elettrodi flessibili e integrati con adesivi. Per lo studio attuale i ricercatori hanno utilizzato questo approccio con l’obiettivo di rilevare l’attività neurale profonda in un modello clinico simulato di iperinfiammazione. “Siamo entusiasti dei nostri risultati: il dispositivo è in grado di fornire un marcatore diagnostico precoce di un’infezione patogena o di un’infiammazione derivante da un processo patologico”, ha dichiarato Imanuel Lerman, responsabile del Lerman Lab del Qualcomm Institute, della School of Medicine e della Jacobs School of Engineering della UC San Diego, nonché del VA Center of Excellence for Stress and Mental Health. Lerman è il fondatore di InflammaSense Inc, la società che ha concesso in licenza la tecnologia del dispositivo. “Sulla base dei risultati dello studio, stiamo ora implementando il dispositivo nelle unità di terapia intensiva del Jacobs Medical Center della UC San Diego Health, dove il dispositivo rileverà le prime segnalazioni neurali involontarie indicative di una sepsi imminente”, ha detto Troy Bu, dottorando presso il Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica della Jacobs School e primo autore dello studio. Il nuovo dispositivo sfrutta una potente tecnica, chiamata “magnetoneurografia” per rilevare con maggiore precisione l’accensione del nervo cervicale in modo non invasivo e in tempo reale. Il dispositivo rileva i campi magnetici derivanti dall’attività dei nervi vago e carotideo, che “pulsano” per avvertire il sistema nervoso involontario quando vi è una minaccia per l’organismo. I ricercatori hanno testato il dispositivo su nove soggetti umani adulti. I pazienti sono stati sottoposti a un prelievo di sangue e il loro plasma è stato analizzato per verificare i livelli di base delle proteine che innescano l’infiammazione, chiamate citochine. Successivamente, sono stati sottoposti a un’iniezione di tossine di origine batterica, chiamate lipopolisaccaridi, inducendo nell’organismo uno stato iperinfiammatorio temporaneo che imitava l’infiammazione associata a un’infezione del sangue. All’interno di una stanza schermata magneticamente, presso il Qualcomm Institute Magnetoencephalography Center della UC San Diego, i ricercatori hanno posizionato i sensori del loro dispositivo nei punti del nervo vago sotto l’orecchio destro e sopra l’arteria carotidea destra, dove si trovano sia il nervo vago che il nervo del seno carotideo. Il dispositivo ha monitorato la frequenza cardiaca e i campi magnetici derivanti dall’attività del nervo. Entro mezz’ora dall’iniezione di lipopolisaccaridi ai pazienti, il dispositivo ha rilevato cambiamenti nell’attività nervosa sotto l’orecchio destro. I ricercatori hanno confermato l’aumento dell’attività nervosa e il rilascio di proteine infiammatorie attraverso campioni di sangue e hanno anche registrato cambiamenti nella frequenza cardiaca e un legame evidente tra l’attività nervosa in entrambi i siti e i cambiamenti in una particolare citochina infiammatoria, chiamata necrosi tumorale alfa, o TNF-α, e la citochina antinfiammatoria, chiamata IL-10. Il TNF-α; i pazienti con livelli elevati hanno un rischio maggiore di andare incontro a shock settico, una condizione mortale in cui la risposta infiammatoria dell’organismo supera il limite e provoca effetti devastanti a livello sistemico che possono infine portare alla morte. Livelli elevati di IL-10, invece, possono indicare che i pazienti sono a rischio di immunoparalisi, una condizione che si verifica durante la sepsi quando le cellule immunitarie non sono in grado di combattere i microbi estranei o residenti, o i virus residenti che possono portare a infezioni incontrollate e alla morte. “Con la sepsi, ogni minuto conta e i trattamenti precoci salvano la vita”, ha affermato Bu. “L’individuazione precoce della sepsi è fondamentale, poiché per ogni ora in cui la sepsi non viene trattata, le probabilità di morte aumentano fino al 7%”, ha aggiunto Bu. “La nostra tecnologia è in grado di fornire ai medici un segnale di allarme precoce della risposta iperimmune o immunoparalitica nella sepsi” ha precisato Bu. “I medici possono quindi fornire il trattamento corretto il più rapidamente possibile”, ha sottolineato Bu. Come in uno studio del 2022, i ricercatori hanno nuovamente riscontrato che i pazienti si separavano in gruppi con risposte diverse allo stress dell’iniezione. Alcuni hanno mostrato picchi più elevati nella presenza di proteine infiammatorie ed effetti collaterali più forti, mentre in altri i picchi erano più bassi. Grazie a questa tecnologia, i medici potrebbero essere in grado di identificare sottogruppi di pazienti a maggior rischio di risposta immunitaria iperattiva e immunoparalisi, entrambi fattori che contribuiscono alle complicazioni e alla mortalità legate alla sepsi. Il dispositivo potrebbe anche essere utilizzato per determinare se i trattamenti stanno riducendo l’infiammazione nell’organismo, per comprendere meglio il sistema nervoso e l’infiammazione nelle persone affette da PTSD e da altre condizioni di salute mentale e per adattare il dosaggio delle terapie mirate al sistema nervoso dei singoli pazienti.(30Science.com)