Smartwatch e medicina: traccia e personalizzazione dei trattamenti

Ci sono stati enormi passi avanti nel mondo della medicina, non solo nelle cure, ma anche e soprattutto grazie agli strumenti di diagnosi che permettono di individuare disturbi e malattie prima che essi si manifestino in forma grave. Un esempio lo abbiamo avuto sotto gli occhi in questi mesi: l’unico strumento che abbiamo contro il COVID19 è il tampone. Tuttavia non è sempre semplice riuscire a portare test e cure a milioni di persone – e anche questo lo abbiamo visto durante l’emergenza sanitaria – anche solo perché ogni essere umano è diverso, ma la tecnologia potrebbe darci una mano.

Gli ingegneri della UCLA Samueli School of Engineering e i loro colleghi della Stanford School of Medicine hanno dimostrato che i livelli di droga all’interno del corpo possono essere monitorati in tempo reale utilizzando uno smartwatch personalizzato che analizza le sostanze chimiche presenti nel sudore. Questa tecnologia indossabile potrebbe essere sviluppata al fine di ottenere un approccio più personalizzato alla medicina, in cui un farmaco e i dosaggi ideali possono essere adattati alle condizioni di un singolo individuo. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista PNAS.

Smartwatch e medicina: un buon connubio

Gli smartwatch sono dispositivi che si dovrebbero tenere se non tutto il giorno addosso, almeno dalle 8 di mattina alle 8 di sera. Quindi per gran parte della giornata sono a contatto con il nostro corpo e possono essere utilizzati per monitorare alcuni parametri biometrici per cercare informazioni utili. Già oggi molti modelli di smartwatch sono in grado di monitorare parametri come la pressione e il battito cardiaco o la qualità del sonno, ma con sensori innovativi e nuovi algoritmi si può fare molto di più.

Personalizzazione dei trattamenti farmacologici con gli smartwatch

In generale, le cure farmacologiche vengono prescritte con un approccio a “taglia unica”: i farmaci sono progettati e prescritti sulla base di medie statistiche della loro efficacia -che richiedono parecchio tempo per essere ricavate e incidono molto nello sviluppo di nuove cure. Esistono linee guida per fattori come il peso e l’età dei pazienti. Ma oltre a questi fattori di differenziazione di base, la chimica del nostro corpo cambia costantemente, a seconda di ciò che mangiamo e di quanto ci siamo allenati. E oltre a questi fattori dinamici, il patrimonio genetico di ogni individuo è unico e quindi le risposte ai farmaci possono variare. Ciò influisce sulla velocità con cui i farmaci vengono assorbiti, sul come hanno effetto e vengono eliminati da un individuo.

Diversa cinetica di due farmaci in due soggetti diversi: un giovane adulto (A) e un anziano (B)

Secondo i ricercatori, gli attuali sforzi per personalizzare il dosaggio del farmaco dipendono fortemente dai ripetuti prelievi di sangue in ospedale. I campioni vengono quindi inviati per essere analizzati nei laboratori centrali. Queste soluzioni sono scomode, dispendiose in termini di tempo, invasive e costose. Questo è il motivo per cui vengono eseguiti solo su un piccolo sottogruppo di pazienti e in rare occasioni. Il responsabile dello studio Sam Emaminejad, assistente professore di ingegneria elettrica e informatica presso la UCLA, spiega:

Volevamo creare una tecnologia indossabile in grado di monitorare il profilo dei farmaci all’interno del corpo in modo continuo e non invasivo. In questo modo, possiamo adattare il dosaggio ottimale e la tempistica dell’assunzione per ogni individuo. E utilizzando questo approccio di personalizzazione, possiamo migliorare l’efficacia dei trattamenti terapeutici.

A causa delle loro dimensioni molecolari, molti tipi diversi di farmaci finiscono nel sudore, dove le loro concentrazioni riflettono da vicino i livelli di principio attivo circolanti nel sangue. Ecco perché i ricercatori hanno creato uno smartwatch, dotato di un sensore che analizza le minuscole goccioline di sudore campionate.

Lo smartwatch progettato dai ricercatori

Lo studio

L’esperimento del team ha monitorato l’effetto del paracetamolo – un comune antidolorifico che si acquista in farmacia per trattare l’influenza ad esempio – sugli individui per un periodo di poche ore. In primo luogo, i ricercatori hanno stimolato le ghiandole sudoripare del polso applicando una piccola corrente elettrica, una tecnica ormai rodata dal gruppo di ricerca di Emaminejad che da tempo viene utilizzata nelle sue ricerche sui dispositivi indossabili come gli smartwatch. Ciò ha permesso ai ricercatori di rilevare i cambiamenti nella chimica del corpo, senza che i soggetti dovessero sudare facendo esercizio. Poiché i diversi farmaci hanno ciascuno la propria firma elettrochimica univoca, il sensore può essere progettato per cercare il livello di un particolare farmaco in un dato momento. Il coautore dello studio Ronald W. Davis, professore di biochimica e genetica alla Stanford Medical School, commenta:

Questa tecnologia è un punto di svolta e un significativo passo avanti per la realizzazione di una medicina personalizzata. Le soluzioni farmacogenomiche emergenti, che ci consentono di selezionare farmaci in base al trucco genetico degli individui, si sono già dimostrate utili per migliorare l’efficacia dei trattamenti. Quindi, in combinazione con la nostra soluzione indossabile, che ci aiuta a ottimizzare i dosaggi dei farmaci per ogni individuo, ora possiamo veramente personalizzare i nostri approcci alla farmacoterapia.

Ciò che rende questo studio significativo è la capacità di rilevare con precisione il segnale elettrochimico unico di un farmaco, sullo sfondo di segnali da molte altre molecole che possono circolare nel corpo e in concentrazioni più elevate rispetto al farmaco, come spiegato dall’autore principale dello studio Shuyu Lin, uno studente di dottorato UCLA e membro del laboratorio di bioelettronica interconnessa e integrata di Emaminejad (I²BL). Emaminejad ha aggiunto che la tecnologia potrebbe essere adattata per monitorare l’aderenza ai farmaci e l’ abuso di droghe:

Questo potrebbe essere particolarmente importante per le persone con problemi di salute mentale, dove i medici prescrivono loro trattamenti farmacoterapici prolungati. I pazienti potrebbero trarre vantaggio da tali strumenti di monitoraggio non invasivi e facili da usare, mentre i medici potrebbero monitorare l’andamento del farmaco nel paziente.

Le terapie mirate e personalizzate sono una delle nuove frontiere della medicina che sogna di costruire delle cure ottimizzate per le caratteristiche del singolo paziente, evitando effetti collaterali o scarsa efficacia della terapia. Inoltre il monitoraggio H24 possibile tramite smartwatch o altri dispositivi indossabili permetterebbe di raccogliere grandi quantità di dati per studiare i farmaci o per diagnosi precoci di patologie. La sfida delle bioingegneria rimane aperta. Dalla sezione scienze è tutto, continuate a seguirci per tante curiosità ed approfondimenti.