5 strumenti medici ispirati agli animali

Abbiamo appena iniziato uno studio sui calamari. Questi animali possono catturare rapidamente i pesci usando una ventosa. Se sappiamo come lo fanno, possiamo usare questa conoscenza per sviluppare strumenti medici migliori.

In stretta collaborazione con i medici

Perché questo è l’obiettivo finale: gli strumenti brutali dovrebbero essere utili nella pratica. Ecco perché Sachs lavora a stretto contatto con medici, come il cardiologo ed elettrofisiologo Mushtiyar Khan dell’OLVG.

Khan ci mostra un modello 3D di come si posizionerebbe il cuore normale di un paziente mentre guidiamo il catetere Octopus attraverso il vaso sanguigno. All’estremità del lungo tubo nero c’è una punta color argento composta da anelli metallici sciolti. Usiamo una sorta di joystick per ruotare l’estremità in cicli a zigzag per seguire il percorso tortuoso attraverso il nucleo.

I prototipi sono ancora in fase di sviluppo

“Ogni volta che vedo gli strumenti di Amy in azione, mi vengono idee su come applicarli”, afferma Khan. “Vedo grandi vantaggi in questo catetere con il robot chirurgico per il trattamento delle aritmie.”

Ci vorrà del tempo prima che Octopus Arm venga utilizzato sui pazienti. Il primo prototipo è relativamente spesso e ha un diametro di tre millimetri. Manca la sensibilità per non danneggiare accidentalmente il cuore. Ecco perché Sakes sta lavorando a una versione più sottile. Abbiamo già eseguito test sul cuore di un animale che batte. Sono tutti piccoli passi nella giusta direzione.

Ecco una selezione delle innovazioni mediche che potrebbero verificarsi in futuro:

Cateterismo cardiaco ispirato alle braccia di un polpo

Un’idea intelligente:

Le braccia del polpo sono molto forti e molto flessibili. Non ha osso e può torcersi in tutte le direzioni. Le braccia devono questa flessibilità a un gruppo di muscoli che si impegnano come una macchina ben oliata. Muscoli che corrono trasversalmente, muscoli che avvolgono il braccio e muscoli che corrono per l’intera lunghezza del braccio. Proprio come la tua lingua, che puoi muovere anche in tutte le direzioni.

Ben rubato:

“Abbiamo implementato la struttura muscolare del braccio del polipo in questo catetere”, afferma Amy Sachs, ingegnere biomedico presso la TU Delft. Grazie ad un meccanismo perfezionato composto da fili sottili, anellini metallici e molle, l’estremità del catetere cardiaco imita i movimenti del braccio di un polipo.

Sakes utilizza il joystick per guidare la macchina in una curva a S netta. Ha sviluppato il catetere con il suo collega Awaz Ali per curare l’aritmia. “La libertà di movimento gli consente di manovrare facilmente attraverso il tortuoso sistema dei vasi sanguigni del cuore per raggiungere il posto giusto.”

Gli aghi per biopsia sono stati ispirati dalla puntura di una vespa parassita

Un’idea intelligente:

Con precisione chirurgica, la vespa parassita trafigge il suo pungiglione nelle larve o nelle pupe per depositare le uova esattamente nel posto giusto. Una volta che le uova si schiudono, i vermi mangiano il loro ospite dall’interno. Non è esattamente una storia stimolante per uno strumento medico, ma la puntura di una vespa parassita si rivela interessante.

La parte esterna è composta da tre parti che possono muoversi separatamente l’una dall’altra. Se una parte si muove più della parte opposta, l’ago si piega all’interno della larva. In questo modo la vespa parassita può abbandonare i suoi piccoli con grande precisione.

Buon furto:

Questo ago mobile è ideale per raggiungere punti del corpo difficili da raggiungere. Ad esempio, per eseguire una biopsia tissutale, un pezzo di tessuto da esaminare per eventuali malattie. Ad esempio, il cancro alla prostata di solito richiede l’analisi dei tessuti per fare una diagnosi.

Ma la prostata è ben nascosta dietro le ossa pelviche. “Con solo un ago a penetrazione diretta, spesso è difficile eseguire biopsie”, afferma Amy Sachs della TU Delft. “Ma se riesci a indicarlo dietro l’angolo, i medici possono essere più precisi.”

Ad esempio, ha sviluppato un ago orientabile e uno strumento per biopsia ispirato alla puntura di una vespa parassita. La parte esterna dell’ago è composta da sei parti che possono muoversi indipendentemente l’una dall’altra. Come nel caso della vespa parassita, il pungiglione può essere inviato nel punto giusto del corpo.

Macchie intestinali ispirate alle zampe del geco

Idea intelligente:

Hai mai visto un geco correre su un muro? Allora sai che questi animali non lasciano una scia appiccicosa come le lumache. Tuttavia, possono restare attaccati al soffitto a testa in giù. A questi allegri amici non importa se la superficie è liscia o ruvida. Anche i ragni non sono molto appiccicosi.

Se guardi l’interno di un geco ad occhio nudo, vedrai che è squamoso e costolato. Ma al microscopio elettronico sembrano ricoperti di peli, cinque volte più sottili dei capelli umani. Ogni pelo ha centinaia di lame e cucchiai alla sua estremità.

In totale, i gechi hanno circa un miliardo di cucchiai sui piedi. Sono molto sottili e possono avvicinarsi così tanto alla superficie da attaccarsi ad essa a livello molecolare. Senza una goccia di colla.

Ben rubato:

Ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (USA) hanno utilizzato le conoscenze sulle zampe del geco per sviluppare cerotti chirurgici intestinali secchi, per sostituire la colla solubile che i chirurghi spruzzano sulle nuove connessioni dopo l’intervento chirurgico intestinale. Ciò riduce la possibilità di perdite.

Le “toppe geco” sono realizzate con un tipo di gomma biodegradabile. I bordi sono incisi nella gomma utilizzando la stessa tecnologia utilizzata per realizzare i microchip. Questi modelli sono diecimillesimi di millimetro. Non sono ancora piccoli come i cucchiai di geco, ma sono già in viaggio.

I cerotti chirurgici Gecko richiedono ancora uno strato molto sottile di colla. L’interno del corpo risulta essere troppo umido per sopravvivere senza di esso. I gechi non hanno problemi con le superfici bagnate, quindi non abbiamo ancora finito con il processo di imitazione.

La batteria del pacemaker si ispira all’anguilla elettrica

Un’idea intelligente:

Quando pensi a un’anguilla elettrica, immagini subito l’immagine di Paperino che viene fulminato. Ma questo pesce non esiste solo nei fumetti. E i suoi poteri superelettrici non sono esagerati. L’anguilla elettrica può generare una corrente elettrica di 600 volt, quasi tre volte quella di una presa a muro. L’anguilla elettrica produce la propria elettricità nelle cellule muscolari della coda.

Le cellule muscolari utilizzano piccoli impulsi elettrici per contrarsi. L’anguilla elettrica contiene circa 5.000 cellule muscolari speciali, chiamate elettrociti. Non si contraggono, ma producono comunque elettricità. Per una cella sono solo 0,1 volt, ma se tutte le celle si attivano contemporaneamente, il pesce è come un’arma a scarica elettrica.

Buon furto:

Questo è molto utile se hai la tua centrale elettrica, credono i chimici dell’Università del Michigan (USA). Hanno sviluppato una batteria biologica composta da 2.500 goccioline gelatinose, organizzate come le cellule muscolari di un’anguilla elettrica. Alcune goccioline sono costituite da acqua pura, altre contengono ioni sodio, ioni cloruro o entrambi.

Posizionando le gocce correttamente una di fronte all’altra, le molecole di sodio e cloruro saltano. Generano circa 110 volt. Non tanto quanto un’anguilla elettrica, ma abbastanza da far funzionare il pacemaker. Tutti i materiali si trovano anche nel nostro corpo, quindi il passo successivo è sviluppare una batteria in grado di caricarsi con i fluidi corporei.

Ago per iniezione indolore ispirato alle zanzare

Un’idea intelligente:

Bzzzzzz, il ronzio acuto di una zanzara ti terrà sveglio per ore. E ogni volta che accendi la luce, questa scompare. Sì, sì. Perché di notte vengono a pungerti solo le zanzare femmine. Se una donna ti fa uno spuntino una notte, riceverai punture di zanzara. Ti ha punto, ma non ti sei svegliato dalla dolorosa puntura.

Come può una puntura di zanzara essere indolore? Il muso della zanzara ha una struttura dentata e vibra ad una frequenza di circa 15 Hz. Con questo piccolo movimento, inferiore a un decimo di millimetro, il muso si allarga semplicemente sulla pelle. Lì la zanzara inietta una goccia di anestetico e poi inserisce il muso nei vasi sanguigni come una cannuccia.

Ben rubato:

Questo intelligente trucco animale ha ispirato gli scienziati della Ohio State University (USA) e della Kansai University (Giappone) a sviluppare un ago per iniezione indolore. L’ago è lungo solo 1 mm e ha un diametro di 0,1 mm. Tre diversi motori fanno muovere l’ago di iniezione avanti e indietro come l’ago di una macchina da cucire.

Secondo i primi test sugli esseri umani, la puntura di zanzara punge più delicatamente di un normale ago ipodermico. E non rimarrai con una protuberanza rossa e pruriginosa.