Ricerca per la salute con materiali innovativi: "Bisogna capire l'intero sistema 'umano'".

Perché un istituto di ricerca sui materiali come l'Empa conduce una ricerca biomedica?

Secondo uno studio dell'Unione Europea, circa 70% di tutte le innovazioni sono guidate dai materiali. Esistono quindi numerosi e importanti campi di applicazione per i nuovi materiali, anche nel settore sanitario. Prendiamo ad esempio un impianto: deve durare il più a lungo possibile, le infezioni devono essere evitate e le proprietà superficiali devono garantire la migliore integrazione possibile nel tessuto osseo, ad esempio nel caso di un'anca artificiale - tutte questioni molto complesse che richiedono un'enorme quantità di competenze nella scienza dei materiali.

Che cosa caratterizza i progetti dell'Empa nel settore sanitario, che cosa hanno di speciale?

Quando lavoriamo con i nostri partner clinici, spesso assistiamo a un processo di "push-pull" innescato da un intenso dialogo. I progetti di maggior successo sono quelli sviluppati direttamente nell'ambiente clinico in dialogo con i nostri partner ospedalieri. Noi dimostriamo le possibilità tecnologiche dei nuovi materiali e i nostri partner ci dicono dove le scarpe si fermano nella pratica clinica quotidiana. Sanno esattamente quali sono i loro problemi, ma spesso non si rendono conto che per alcuni di essi esistono già delle soluzioni. Questo dialogo intensivo è assolutamente cruciale e bisogna prendersi il tempo necessario per costruire fiducia e comprensione reciproca. Anche questo è stato un processo di apprendimento per noi all'inizio.

Inoltre, molte delle nostre partnership, soprattutto in ambito clinico, sono a lungo termine. Questo ci permette di sviluppare tecnologie a diversi livelli di maturità, noti come "Technology Readiness Level" (TRL), dal primo prototipo in laboratorio alla soluzione pronta per il mercato che i nostri partner possono utilizzare e implementare. Per questo motivo manteniamo partnership strategiche con centri selezionati, come l'Ospedale Cantonale di San Gallo e gli ospedali universitari di Zurigo e Berna. In terzo luogo, i nostri progetti sono altamente interdisciplinari.

Cosa intende dire e come viene praticato all'Empa?

Per noi questo significa affrontare un problema da angolazioni molto diverse, che è l'unico modo per riconoscere il potenziale di qualcosa di veramente nuovo. Come Empa, con tutte le scienze naturali e ingegneristiche sotto lo stesso tetto - dalla nanotecnologia all'analisi delle superfici, dalle tecnologie tessili e delle fibre alla biologia molecolare e cellulare fino alla biomeccanica e alla modellazione - siamo naturalmente predestinati a questo. D'altra parte, le moderne tecnologie sanitarie sono per loro natura scienze sistemiche che combinano numerose discipline. Per sviluppare soluzioni efficaci nel settore sanitario è necessario comprendere l'intero sistema "uomo", dal livello molecolare alla fisiologia del corpo umano, compresi gli aspetti psicologici e sociologici.

Come si presenta un tipico prodotto Empa per applicazioni cliniche?

Un esempio è rappresentato dalle medicazioni "intelligenti" per le ferite. I processi di guarigione delle ferite sono estremamente complessi e si svolgono in diverse fasi; la medicazione deve - idealmente - accompagnare in modo ottimale le diverse fasi, soprattutto nella fase di infezione, che deve essere riconosciuta e trattata precocemente. Soprattutto, dobbiamo evitare che la ferita diventi cronica. In seguito, la medicazione deve sostenere e accelerare il processo di guarigione.

Un problema correlato e di grande attualità è l'aumento globale della resistenza agli antibiotici. Per evitare che ciò continui a verificarsi, dovremmo usare gli antibiotici solo quando sono assolutamente necessari; dobbiamo quindi rilevare le infezioni il più rapidamente possibile, ad esempio tramite sensori che indicano un'infestazione batterica cambiando il colore della medicazione. Allo stesso tempo, stiamo lavorando su nuovi approcci terapeutici alternativi, come materiali "vivi" come i batteriofagi - virus che uccidono i batteri e sono innocui per l'uomo - o i probiotici, cioè i batteri "buoni". E dovremmo "attivarli" solo quando la ferita è effettivamente infetta, ad esempio incapsulandoli in determinati polimeri che rilasciano il loro contenuto solo quando, ad esempio, il valore del pH della ferita aumenta, un indicatore precoce di infezione. Una medicazione per ferite che combini tutte queste diverse "capacità" sarebbe un tipico prodotto Empa.

La salute è sempre associata ai costi. Dove vede opportunità per tenere sotto controllo i costi della sanità?

Soprattutto nella prevenzione e nella diagnosi precoce. I costi sanitari aumentano notevolmente, soprattutto negli ultimi anni di vita. Un possibile approccio sarebbe quello di utilizzare sensori indossabili e i loro gemelli digitali per accompagnare e supportare in modo ottimale i pazienti anziani. Il gemello digitale potrebbe, se necessario, suggerire terapie personalizzate sulla base dei dati trasmessi dal sensore. Inoltre, diversi studi hanno rilevato che fino al 50% di tutte le terapie non vengono applicate correttamente. Se potessimo migliorare la sicurezza e la compliance delle terapie - e quindi, in ultima analisi, il successo della terapia - attraverso un migliore "monitoraggio della salute", avremmo un grande vantaggio.

Uno sguardo al futuro: cosa vorreste aver raggiunto con la vostra ricerca tra cinque o dieci anni?

Dal 2023 abbiamo lanciato tre programmi "booster" all'Empa, ad esempio per migliorare il trattamento del cancro, combattere la resistenza agli antibiotici e uno sulla guarigione delle ferite. Una medicazione per ferite in grado di prevenire le infezioni e soprattutto le ferite croniche, ad esempio nei paraplegici e nelle persone costrette a letto, ma anche nei neonati che sono in terapia intensiva per qualsiasi motivo, sarebbe un grande successo.

E nella ricerca sulla demenza, per citare un altro esempio, sarebbe un enorme passo avanti se potessimo riconoscere precocemente i primi segni di una malattia con l'aiuto di semplici strumenti diagnostici, ad esempio analizzando i modelli di movimento, i parametri vitali come la frequenza cardiaca e respiratoria, la temperatura corporea, le analisi del sangue, ecc. Quanto più precocemente si interviene nelle malattie degenerative - cosa purtroppo non ancora possibile - tanto prima si può almeno rallentare la progressione della malattia.

Fonte: Empa