I ricercatori del MIT creano un ventilatore robotico impiantabile

Di Brianna Wessling | 20 dicembre 2022

Ellen Roche con il ventilatore morbido e impiantabile progettato da lei e dal suo team. | Fonte: MIT, M. Scott Brauer

I ricercatori del MIT hanno progettato un ventilatore morbido e robotico impiantabile in grado di aumentare le contrazioni naturali del diaframma.

Il ventilatore impiantabile è costituito da due tubi morbidi simili a palloncini che verrebbero impiantati per giacere sopra il diaframma. Quando vengono gonfiati con una pompa esterna, i tubi agiscono come muscoli artificiali che spingono verso il basso il diaframma e aiutano i polmoni ad espandersi. I tubi possono essere gonfiati per adattarsi al ritmo naturale del diaframma.

Il diaframma si trova appena sotto la gabbia toracica. Si spinge verso il basso per creare un vuoto in cui i polmoni possono espandersi in modo che possano aspirare aria, quindi si rilassa per far uscire l'aria.

I tubi del ventilatore sono simili agli attuatori McKibben, una sorta di dispositivo pneumatico. Il team ha attaccato i tubi alla gabbia toracica su entrambi i lati del diaframma, in modo che il dispositivo si estendesse attraverso il muscolo dalla parte anteriore a quella posteriore. Utilizzando una sottile linea d'aria esterna, il team ha collegato i tubi a una piccola pompa e a un sistema di controllo.

Questo ventilatore morbido è stato progettato da Ellen Roche, professoressa associata di ingegneria meccanica e membro dell'Istituto di ingegneria e scienza medica del MIT e dai suoi colleghi. Il gruppo di ricerca ha creato un progetto di prova per il ventilatore.

“Questa è una prova di concetto di un nuovo modo di ventilare”, ha detto Roche a MIT News. “La biomeccanica di questo progetto è più vicina alla respirazione normale, rispetto ai ventilatori che spingono l’aria nei polmoni, dove si dispone di una maschera o di una tracheostomia. C'è una lunga strada prima che questo venga impiantato in un essere umano. Ma è entusiasmante poter dimostrare che possiamo aumentare la ventilazione con qualcosa di impiantabile”.

Secondo Roche, la chiave per massimizzare la quantità di lavoro svolta dalla pompa impiantabile è dare al diaframma una spinta extra verso il basso quando si contrae naturalmente. Ciò significa che il team non ha dovuto cercare di imitare esattamente il modo in cui si muove il diaframma, ma semplicemente creare un dispositivo in grado di dare quella spinta.

Il ventilatore impiantabile è costituito da due tubi che si trovano attraverso il diaframma. | Fonte: MIT

Roche e il suo team hanno testato il sistema su maiali anestetizzati. Dopo aver impiantato il dispositivo, hanno monitorato i livelli di ossigeno dei maiali e hanno utilizzato l'ecografia per osservare la funzione del diaframma. In generale, il team ha scoperto che il ventilatore aumentava la quantità di aria che i polmoni dei maiali potevano aspirare ad ogni respiro. Il dispositivo ha funzionato meglio quando le contrazioni del diaframma e dei muscoli artificiali funzionavano in sincronia, consentendo ai polmoni dei maiali di introdurre tre volte la quantità di aria che avrebbero potuto senza assistenza.

Il team spera che il suo dispositivo possa aiutare le persone alle prese con disfunzioni croniche del diaframma, che possono essere causate da SLA, distrofia muscolare e altre malattie neuromuscolari, paralisi e danni al nervo frenico.

Il gruppo di ricerca comprendeva Roche, ex studentessa laureata al MIT Lucy Hu, Manisha Singh, Diego Quevedo Moreno, Jean Bonnemain dell'Ospedale universitario di Losanna in Svizzera e Mossab Saeed e Nikolay Vasilyev del Boston Children's Hospital.