COMPAMED 2017: La tecnologia medica è il mercato più importante per i microsistemi

La tendenza verso una assistenza medica personalizzata, lo sviluppo demografico e la digitalizzazione sono importanti motori del progresso nella tecnologia medica e nel settore sanitario. Altri fattori sono la politica sanitaria e la pressione sui costi. Particolarmente richieste sono le soluzioni del settore della microtecnica, che viene stimolato dal settore della tecnologia medica più di qualsiasi altro. Quasi due terzi delle aziende di microtecnica in Europa offrono prodotti, tecnologie o servizi per la tecnologia medica e la salute, e per quasi il 20% rappresenta il mercato di vendita più importante. Nei prossimi tre anni, la quota di aziende che forniscono principalmente il mercato della tecnologia medica aumenterà di altri cinque punti percentuali. Questi risultati sono stati rilevati dall'IVAM Associazione specializzata in microtecnica nell'ambito della sua indagine annuale sui dati economici presso aziende e istituti di ricerca europei nel settore della microtecnica.

Un ruolo altrettanto importante gioca complessivamente la microtecnica anche nell'ambito di COMPAMED 2017, la principale fiera internazionale del settore fornitori per la produzione di dispositivi medici. Si svolge in parallelo alla principale fiera medica MEDICA 2017 dal 13 al 16 novembre a Düsseldorf. "Oltre alla trasformazione digitale, che non lascia più nessun settore indietro, la miniaturizzazione dei componenti per creare applicazioni di prodotto sempre più compatte e leggere rappresenta un trend tecnologico di livello superiore", conferma Joachim Schäfer, amministratore delegato della fiera di Düsseldorf. Fin dalla sua nascita 25 anni fa, COMPAMED si è affermata come piattaforma di settore numero 1 per i fornitori dell'industria della tecnologia medica e quest'anno conta nuovamente quasi 800 espositori nelle hall 8a e 8b (MEDICA: circa 5.000 espositori) del quartiere fieristico di Düsseldorf.

Il mercato dei prodotti "Hightech for Medical Devices" con circa 700 metri quadrati e oltre 50 aziende e istituzioni (Hall 8a) è ancora una volta completamente prenotato e, come ogni anno, viene organizzato dall'IVAM Associazione specializzata in microtecnica come vetrina di tecnologie microsistemiche per la tecnologia medica.

Misurare la pressione sanguigna senza manica

Un campo di applicazione importante sono i cosiddetti "wearables", sistemi mobili e quasi invisibili che, con elevato comfort e in condizioni di vita quotidiana, registrano, analizzano e forniscono ai medici parametri vitali. La registrazione continua di cosiddetti photoplethysmogrammi periferici dovrebbe in futuro fornire ulteriori preziose informazioni sulla salute umana. Tra questi, oltre al battito e alla saturazione di ossigeno arterioso, ci sono la variabilità della frequenza cardiaca, la frequenza respiratoria e informazioni sulla rigidità vascolare e segnali di aumento o diminuzione della pressione sanguigna. Oggi, un'elevata pressione sanguigna è il principale fattore di rischio per le malattie cardiovascolari, che secondo la Lega tedesca dell'ipertensione colpiscono circa 35 milioni di persone solo in Germania. La malattia spesso viene scoperta troppo tardi, spesso senza sintomi. Le conseguenze sono soprattutto ictus, malattie cardiache, insufficienza renale e demenza.

In questo contesto, una tecnica di misurazione senza manica per il monitoraggio continuo della pressione sanguigna rappresenta una delle innovazioni più importanti di quest'anno a COMPAMED. Il sensore necessario è stato sviluppato da scienziati guidati dal project leader Dr. Hans-Georg Ortlepp dell'Istituto di Ricerca CiS per i microsensori, che ha anche ideato la sofisticata procedura di analisi. "I dati grezzi necessari vengono estratti dalla forma dell'onda del battito e dal suo comportamento temporale. Una elevata qualità dei segnali del sensore e algoritmi matematici appropriati nell'analisi dei dati sono essenziali per applicazioni mediche rilevanti", spiega Ortlepp. CiS lavora da oltre un decennio su sensori di fotopletismografia multispettrale miniaturizzati, integrati in silicio. Questi piccoli sensori vengono posizionati nel condotto uditivo esterno e sono adattati individualmente al paziente. Un comfort di indossamento elevato è fondamentale per l'accettazione da parte dell'utente, poiché determina l'uso del dispositivo. Il sensore può essere tecnicamente equipaggiato con fino a quattro LED di diverse lunghezze d'onda, per registrare oltre alla pressione sanguigna altri parametri vitali e valori di misurazione aggiuntivi da diversi strati di tessuto, eliminando anche artefatti di movimento dai segnali.

Applicare principi attivi sulla pelle invece che sotto

Anche la Hahn-Schickard Gesellschaft für angewandte Forschung si dedica intensamente alla ricerca, sviluppo e produzione nel settore della microtecnica. In collaborazione con la startup Verapido Medical GmbH, sviluppa e produce dispositivi, sistemi e tecnologie che consentono di somministrare principi attivi sulla pelle invece che sotto di essa. Studi hanno dimostrato che i principi attivi somministrati intradermicamente sono molto più rapidamente disponibili rispetto alla somministrazione sottocutanea e possono avere un effetto più efficiente. Inoltre, è stato comprovato che molecole biotecnologiche come insulina, anticorpi, proteine o ormoni vengono assorbite molto più rapidamente dal corpo se somministrate intradermicamente.

I principi attivi applicati sulla pelle possono agire in modo più mirato ed efficiente sul sistema immunitario. "Studi clinici hanno dimostrato che con la somministrazione intradermica si può risparmiare fino al 90% della dose del vaccino, ottenendo lo stesso o addirittura un effetto migliore rispetto all'iniezione nel muscolo", sottolinea il Dr. Markus Clemenz, amministratore delegato di Verapido Medical. L'azienda si basa su tecnologie di microaghi e microcanali che vengono infine inseriti precisamente nel derma, uno strato di pelle appena sotto la superficie cutanea. In questo modo si penetra solo nello strato superiore della pelle, rendendo il procedimento minimamente invasivo. "La nostra offerta di sviluppo va da array di microaghi adesivi a dispositivi di somministrazione intradermica con impostazioni di profondità fissa o variabile per iniezione o infusione, fino a sistemi di dosaggio di farmaci per la terapia cronica (con temporizzazione ritardata) senza elettronica", afferma Clemenz. Verapido prevede che la somministrazione intradermica diventerà in futuro "lo standard" in ambito clinico.

Per la seconda volta presente a COMPAMED è CorTec. La giovane azienda di tecnologia medica lavora alla prossima generazione di impianti attivi. Sviluppa e produce elettrodi impiantabili per la derivazione e la stimolazione del sistema nervoso centrale e periferico. CorTec realizza anche involucri ermetici che supportano applicazioni con elevati canali. Gli elettrodi e gli involucri dispongono di 32 fino a oltre 200 canali, offrendo molte più derivazioni rispetto a prodotti comparabili. "La tecnologia di CorTec combina soluzioni innovative di design, struttura e lavorazione con i materiali consolidati della tecnologia medica, in particolare per applicazioni con elevato numero di canali. Ciò permette di sviluppare applicazioni e terapie finora non raggiungibili", spiega il Dr. Martin Schüttler, CTO e CEO di CorTec.

Con la tecnologia brevettata `AirRay´, CorTec supera le limitazioni precedenti nel settore degli elettrodi grazie a condizioni di produzione altamente precise e innovative. Ciò consente dimensioni di contatto fino a 25 μm, aumentando notevolmente la densità di contatto nell'array di elettrodi. La raccolta dati può così ottenere molte più qualità. Gli elettrodi hanno eccellenti proprietà elettrochimiche. Sono disponibili materiali come platino-iridio o MP35N (lega a base di nichel-cobalto), opzionalmente con rivestimenti ad alte prestazioni che migliorano ulteriormente la consegna di impulsi di stimolazione al tessuto biologico. Anche le proprietà meccaniche dell'elettrodo possono essere adattate alle esigenze specifiche.

Comunicazione con impianto tramite tecnologia a radiofrequenza o infrarossi

Oltre alla tecnologia di elettrodi `AirRay´, CorTec offre nel suo portafoglio altri prodotti per la realizzazione di impianti attivi, come ad esempio un involucro ermetico in ceramica. La tecnologia di film spesso permette centinaia di connessioni elettriche, molto diversa dai tradizionali involucri. L'involucro in ceramica di CorTec è anche permeabile alle onde elettromagnetiche, consentendo comunicazioni con l'impianto tramite tecnologia a radiofrequenza o infrarossi, oltre a una trasmissione di energia senza fili. Gli involucri in ceramica sono ottimizzati per resistere a sollecitazioni meccaniche come quelle richieste per impianti cocleari. Il sistema Brain Interchange di CorTec integra tutte queste componenti in un sistema capace di misurare, analizzare l'attività neuronale e, sulla base di questa, stimolare in modo mirato il sistema nervoso. Questa funzionalità chiamata "Closed-Loop" apre molteplici possibilità di applicazioni per terapie neuroindividualizzate. Le applicazioni del sistema vanno dal controllo di sistemi di assistenza per persone con disabilità, alla stimolazione profonda del cervello in modo personalizzato, fino alla riabilitazione post-ictus o interventi contro l'epilessia. I primi prototipi del sistema sono in fase di test preclinici. Sono in preparazione anche i primi studi clinici pilota.

Procedimenti additivi per impianti personalizzati

Un altro tema che sta acquisendo importanza a COMPAMED da anni sono i procedimenti additivi. L'"osso stampato" è stato sviluppato dall'Istituto Fraunhofer IKTS. È destinato a essere utilizzato in casi di difetti deformanti nel volto o in tumori metastatizzanti ossei. In tali condizioni, la qualità della vita dei pazienti è fortemente compromessa anche perché le ossa colpite possono rompersi improvvisamente senza cause apparenti. Implants ossei in ceramica, adattati con precisione millimetrica all'anatomia del paziente, potrebbero ridurre significativamente le sofferenze. La sostituzione in ceramica dell'IKTS viene prodotta in due fasi: la calotta in ceramica viene realizzata con stampa 3D, mentre il riempimento – una schiuma di ceramica – viene successivamente inscatolato. La produzione additiva della calotta permette un adattamento personalizzato alla struttura scheletrica, mentre il riempimento poroso favorisce la crescita cellulare, è resistente alla pressione e bioattivo. Questa combinazione di procedimento e materiali rappresenta il grande vantaggio della nuova soluzione. "Lavoriamo con materiali commercialmente disponibili come l'idrossiapatite o il tricalcium fosfato e ora avviamo i test biologici delle nostre sostanze", spiega il Dr. Matthias Ahlhelm, project leader presso IKTS.

Microstrutture create con la stampante 3D

Anche nel settore della stampa 3D, Multiphoton Optics è attiva. L'azienda produce una piattaforma di stampa 3D ad alta precisione ("LithoProf3D") e software ("LithoSoft3D") per la produzione additiva e sottrattiva di strutture di forma arbitraria, realizzate in volume o sulla superficie di materiali. La tecnologia supporta la produzione di interconnessioni ottiche 3D di alta precisione, microottiche asferiche o a forma libera, prodotti biomedici come scaffolds per ingegneria tissutale, microfluidica, cellule e strutture di drug delivery. Recentemente, Multiphoton Optics ha dimostrato le capacità della piattaforma di stampa 3D producendo pile di microstrutture. Queste pile assomigliano a un endoscopio ottico, composte da cinque lenti a forma libera diverse e altre strutture, ovvero dieci superfici di forma differente in totale. "Le strutture microottiche rappresentano sempre più componenti chiave di sistemi medici altamente integrati. Per questo, presenteremo alla COMPAMED esemplari che dimostrano le capacità del nostro processo anche in questo settore", afferma Felix Kiesel, Director of Sales di Multiphoton Optics.

Un'altra attrazione di COMPAMED 2017 è la linea di prodotti `Cobra´ di Silicon Microstructures (SMI) Inc., il primo sensore di pressione commerciale con cavo collegato, compatibile con strumenti di diametro Charrière. La Charrière è un'unità di misura per il diametro esterno di cannule e cateteri, dove tre Charrière corrispondono a un millimetro. I sensori sono piccoli (220 micrometri di larghezza), stabili e intelligenti, con versioni compensate in temperatura, digitali o analogiche potenziate. Alla fiera, SMI mostrerà come questa configurazione di sensori può ridurre i rischi in urodinamica, endourologia, cardiologia, chirurgia d'emergenza, monitoraggio della pressione intracranica e altri procedimenti.

Il mondo delle soluzioni piccole e piccolissime per la tecnologia medica rimane quindi una componente importante di COMPAMED a Düsseldorf – come negli anni passati, anche nell'ambito del IVAM HIGHTECH FORUM, che si svolge nella hall 8a, verrà presentato e approfondito. I focus di quest'anno sono oltre alla microtecnica, nanotecnologie, tecnologia di produzione e controllo dei processi. Parallelamente, specialisti terranno interventi al COMPAMED SUPPLIERS FORUM della rivista specializzata DeviceMed nella hall 8b, discutendo gli sviluppi attuali lungo tutta la catena di processo della tecnologia medica. Quest'anno, al centro dell'attenzione ci sono temi come digitalizzazione, wearables, stampa 3D e regolamentazioni.