Giorni di Meccatronica Karlsruhe 2008:

I sistemi meccatronici altamente complessi sono ormai insostituibili nella tecnologia medica e nei settori correlati. Accelerano le diagnosi, portano a una lotta più efficiente contro le malattie e minimizzano l'entità degli interventi chirurgici. Come esempi noti di applicazioni nelle scienze della vita si possono citare i sistemi analitici microfluidici, ad esempio i sistemi Lab-on-Chip per l'elettroforesi capillare, e in medicina e biotecnologia sistemi miniaturizzati di chirurgia endoscopica e sistemi di stent. Nell'ambito dei Giorni della Meccatronica dal 15 al 16 settembre 2008 presso il centro congressi di Karlsruhe, una sessione speciale di tecnologia medica, attraverso presentazioni selezionate, si occupa del potenziale della bio-microtecnologia dei sistemi, ovvero l'impiego di sistemi basati su microtecnologia nelle scienze della vita, nella medicina e nella biotecnologia medica. Il Prof. Dr. Andreas Guber, dal Centro di Ricerca di Karlsruhe, presenta in un intervento introduttivo i temi principali della bio-microtecnologia dei sistemi, che spaziano dai biomateriali alla biosensistica, tissue engineering (?ingegneria tissutale?) fino alla diagnostica e terapia minimamente invasive in chirurgia. Questi temi vengono approfonditi successivamente in singoli interventi specialistici.

Microtecnologia per dispositivi medici –
Diagnosi rapida e indolore e somministrazione efficace di farmaci
Le scienze della vita si sviluppano come il campo di applicazione più importante della nanotecnologia e microtecnologia. In futuro, un numero molto maggiore di farmaci sarà somministrato a un numero più ridotto di pazienti, con il vantaggio di un’efficacia molto specifica e elevata; ciò sarà possibile grazie a diagnosi e localizzazione precise della malattia e a una classificazione del paziente, per garantire un’elevata efficacia del farmaco ed escludere effetti collaterali pericolosi. La nanotecnologia e microtecnologia vengono impiegate nello sviluppo di nuovi principi attivi farmaceutici, nuovi sistemi di somministrazione di farmaci e per diagnosi rapide e indolori. Con i bio-chip attualmente disponibili, è possibile effettuare diagnosi rapide in loco (Point of Care) utilizzando piccole quantità di sangue o altri fluidi corporei. Con il microspectrometro di Boehringer Ingelheim micro Parts, oggi si può determinare senza contatto il primo valore ematico, la bilirubina, tramite spettroscopia ottica. Come esempio di un nuovo sistema di somministrazione di farmaci reso possibile dalla microtecnologia, il Dr. Reiner Wechsung di Boehringer Ingelheim micro Parts GmbH presenta il nebulizzatore senza gas di propulsione Respimat, impiegato nel trattamento delle malattie respiratorie. Le ricerche attuali in tutto il mondo su nanoparticelle come vettori di farmaci mirano a trattare localmente focolai di malattie come il cancro, senza danneggiare i tessuti sani circostanti. In questo settore sono in corso i primi test clinici, e ci si aspetta un vero progresso nella terapia del cancro entro alcuni anni.

Utilizzo di leghe a memoria di forma e superelastiche in tecnologia medica
Le leghe che, come il Nichel Titanio (NiTi), possono cambiare forma geometrica dopo una trasformazione reversibile della griglia (conversione martensitica) sono chiamate leghe a memoria di forma. Si distinguono tra l’effetto di memoria di forma termico, una lega che sotto una certa temperatura può sembrare deformata plasticamente e che, riscaldata successivamente, ritorna alla forma originale, e l’effetto di memoria di forma meccanico, una lega che, sotto l’azione di una tensione esterna, mostra una elevata deformabilità elastica apparente. L’eccellente biocompatibilità, la sicurezza in caso di piegatura, la costanza di tensione e la compatibilità con la risonanza magnetica (MRI) hanno contribuito a fare del NiTi un materiale imprescindibile in tecnologia medica. Attualmente, questa lega viene impiegata in strumenti per neurochirurgia, chirurgia vascolare e cardiochirurgia. Bernd Vogel di ENDOSMART GmbH descrive gli sviluppi nel settore della tecnologia medica basati sulle proprietà della lega NiTi.

Sistemi di stent – tecnologie innovative e applicazioni future
Gli stent sono impianti microprecisi, sottili, cilindrici, generalmente realizzati in metallo, con strutture a maglia, usati per dilatare le stenosi vascolari. Grazie al loro rischio chirurgico minimo, questi componenti meccatronici microscopici stanno ottenendo un grande successo. La tendenza continua verso la miniaturizzazione, associata a tecniche di applicazione minimamente invasive, si rispecchia nelle soluzioni macro e micro meccatroniche durante lo sviluppo e la produzione di questi impianti: devono integrare numerosi requisiti biomedici, come principi di funzionamento, componenti di sistema, sicurezza e biocompatibilità, nel prodotto finale. Concetti rivoluzionari per sistemi di stent avanzati sono illustrati con esempi di stent coronarici e periferici, sistemi di filtraggio, sistemi di chiusura intra-coronarica (PFO) e sistemi di valvole cardiache (PAV). Oltre ai metodi di sviluppo di prodotto ingegneristici, Gerd Siekmeyer di Admedes Schuessler GmbH descrive la complessità e la strategia di implementazione per la realizzazione di impianti medici di altissima precisione, che derivano dall’equilibrio tra diverse esigenze cliniche, di progettazione, di produzione e di regolamentazione.

Vengono brevemente illustrati nuovi e innovativi sistemi tessili, generalmente costituiti da fibre polimeriche monofilamento o multifilamento, che ampliano le applicazioni cliniche dei sistemi di stent metallici, e il loro potenziale di applicazione futura, come ad esempio nei sistemi di stent per aneurismi dell’aorta addominale (AAA). Sono presentate le tendenze e gli sviluppi micromeccatronici di sistemi di stent (ad esempio su sistemi di stent metallici, biodegradabili o polimerici). Chiude questa presentazione un approfondimento sui nuovi ambiti medici di applicazione dei micro-sistemi di stent nel settore neurale.

?Tissue Engineering? – produzione di tessuti artificiali funzionali per applicazioni nelle scienze della vita
La capacità del corpo umano di rigenerare tessuti o funzioni degli organi diminuisce con l’età. Ciò porta a malattie che finora potevano essere trattate solo sintomaticamente. La disciplina scientifica relativamente giovane del “Tissue Engineering” (ingegneria tissutale) si propone di creare tessuti funzionali come sostituti biologici. Ciò avviene con l’aiuto di cellule vive coltivate in bioreattori appositamente sviluppati. Tali tessuti artificiali e funzionali a lungo termine possono essere utili non solo in applicazioni cliniche come tessuti umani, ma anche nella ricerca di base biologica, nella tossicologia o nello sviluppo farmaceutico. Dopo una breve introduzione a questo campo interdisciplinare, il Dr.-Ing. Giselbrecht del Centro di Ricerca di Karlsruhe illustrerà nel suo intervento gli aspetti materiali e ingegneristici del tissue engineering. Grazie alla miniaturizzazione dei componenti e all’integrazione di elementi e sottosistemi microtecnologici, si può ottimizzare ulteriormente la strumentazione disponibile e realizzare sistemi completamente nuovi. L’uso coerente della bio-microtecnologia porterà in futuro a ulteriori innovazioni tecniche in questi settori, a beneficio dell’industria e della ricerca e sviluppo correlate.