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Si apre una nuova era per la diagnosi non invasiva di diabete, infezioni e salute neonatale
Un team di ricercatori dell’Università di Chicago ha presentato un dispositivo portatile capace di rilevare molecole nell’aria, promettendo di cambiare radicalmente il modo in cui vengono diagnosticati numerosi disturbi. Finora, la medicina si è affidata quasi esclusivamente ai prelievi di sangue per individuare biomarcatori utili, sottoponendo i pazienti – dai bambini agli adulti con malattie croniche come il diabete – a pratiche spesso invasive e poco gradite. La nuova invenzione, soprannominata ABLE (Airborne Biomarker Localization Engine), si presenta come una piccola unità di appena quattro per otto pollici, e permette di raccogliere e identificare molecole sospese nell’aria, una svolta che potrebbe trasformare sia la sanità pubblica sia la cura individuale.
Secondo il prof. Bozhi Tian, uno dei principali autori dello studio, “questo progetto è tra i più entusiasmanti a cui abbiamo lavorato: le applicazioni sono tantissime e vedere i primi risultati ci rende davvero felici”.
Pubblicato su Nature Chemical Engineering il 21 maggio, lo studio apre nuove prospettive sulla possibilità di eseguire test diagnostici semplicemente analizzando il respiro di una persona o l’aria di un ambiente.
Come funziona ABLE: dal respiro umano alla diagnosi istantanea
La sfida principale che per decenni ha limitato la diagnosi tramite aria è stata la difficoltà nel rilevare molecole estremamente rare e diluite. Fino a oggi, anche per rilevare virus come il Covid o per monitorare i livelli di glucosio, si doveva sempre ricorrere a liquidi, dai tamponi ai prelievi di sangue.
“Possiamo usare i cellulari per foto o audio, ma non abbiamo ancora la tecnologia per vedere la chimica dell’aria”, sottolinea Jingcheng Ma, primo autore dello studio e ora professore a Notre Dame. Il segreto di ABLE sta in un sistema innovativo: l’aria viene aspirata, arricchita di vapore acqueo tramite un umidificatore e raffreddata da un micro-refrigeratore. Questa sequenza fa condensare l’aria in minuscole gocce, che scorrono su una superficie ultra-liscia fino a un piccolo serbatoio, catturando qualsiasi molecola sospesa.
A quel punto, strumenti tradizionali di analisi liquida possono rilevare con precisione la presenza di virus, batteri, glucosio o altri marcatori.
In una delle prime prove, Ma ha usato del vapore di caffè per testare la sensibilità del sistema:
“Quando il liquido si è condensato, si sentiva chiaramente l’aroma del caffè: la prova era riuscita ancora prima di fare i test”.
I ricercatori hanno poi dimostrato che ABLE può individuare glucosio nel respiro, E. coli nell’aria e persino biomarcatori infiammatori in topi con disturbi intestinali.
La rivoluzione per i neonati e i pazienti cronici
L’idea alla base dello sviluppo di ABLE nasce da una visita del prof. Tian nell’unità di terapia intensiva neonatale dell’ospedale Comer di Chicago, come parte del progetto Center for the Science of Early Trajectories. Erika Claud, neonatologa e coautrice, esprime grande fiducia nella nuova tecnologia: “I neonati prematuri sono tra i pazienti più fragili e vulnerabili in medicina. La possibilità di monitorare biomarcatori senza prelievi invasivi rappresenta una promessa concreta per migliorare le cure”.
Le applicazioni possibili sono innumerevoli: dalla diagnosi precoce di infezioni in ospedale alla gestione del diabete senza ago, fino al monitoraggio delle condizioni infiammatorie tramite il respiro. Il team prevede anche impieghi pubblici, come il controllo della qualità dell’aria in spazi chiusi o ospedali per individuare precocemente la presenza di patogeni.
Tuttavia, c’è ancora una sfida aperta: la tecnologia è talmente innovativa che, secondo i ricercatori, “non sappiamo ancora esattamente tutti i biomarcatori che sarà possibile scoprire nell’aria”.
Il gruppo sta già lavorando con specialisti di malattie infiammatorie intestinali per identificare nuovi marker rilevabili nel respiro e sta pianificando di miniaturizzare ulteriormente il dispositivo, fino a renderlo indossabile.
Le possibili applicazioni industriali
Gli sviluppatori di ABLE sono ora concentrati sia sul perfezionamento del sistema sia sulla sua applicazione in ambiti diversi dalla medicina, come il monitoraggio industriale o lo studio dei processi fisici che avvengono con il cambiamento di stato delle particelle sospese nell’aria. Jingcheng Ma, che ha un passato in ingegneria meccanica e termofluidica, è convinto che il lavoro “possa aprire nuove ricerche sulla fisica dei cambiamenti di fase, con ricadute in settori ancora inesplorati”.
Il dispositivo è stato messo a punto grazie alla collaborazione con il Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation e il Center for the Science of Early Trajectories, e vede tra i coautori anche Megan Laune, Pengju Li, Jing Lu, Jiping Yue, Yueyue Yu, Jessica Cleary, Kaitlyn Oliphant e Zachary Kessler.
Lo studio è stato finanziato dall’U.S. Army Research Office, University of Chicago, University of Notre Dame, Technology Development Fund (Berthiaume Institute for Precision Health), Grier Prize for Innovation Research in the Biophysical Sciences e dal National Institute of Health.
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