La pillola “intelligente” che registra respiro e battito cardiaco

Contro il rischio overdose, allo studio una pillola "intelligente" in grado di registrare il movimento degli organi, misurando frequenza respiratoria e cardiaca

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Federico Mereta

Giornalista Scientifico

Laureato in medicina e Chirurgia ha da subito abbracciato la sfida della divulgazione scientifica: raccontare la scienza e la salute è la sua passione. Ha collaborato e ancora scrive per diverse testate, on e offline.

Respira? Il cuore batte? Quando ci si trova di fronte ad una persona che ha perso conoscenza e di cui si conosce un possibile pericolo, queste due domande sono fondamentali. Perché consentono di mettere in atto tutte le manovre necessarie per affrontare il quadro. Anche e soprattutto se si sospetta l’assunzione incontrollata di oppiacei, perché magari chi sta male è consumatore abituale di queste sostanze, con i possibili effetti collaterali legati proprio al blocco respiratorio.

Purtroppo però la diagnosi non è sempre semplice, soprattutto sul territorio. Dove peraltro avvengono questi eventi. Ma si avvicina una novità importante per affrontare urgenze di questo tipo. Nel prossimo futuro, infatti, forse basterà una pillola “intelligente” per registrare da dentro il movimento degli organi che stanno dentro al torace, coglierne eventuali difetti ed addirittura “rilasciare” un farmaco capace di antagonizzarli.

A far sperare in questa opportunità è un dispositivo presentato sulla rivista Device che nasce dalla collaborazione di un team di studiosi tra cui Giovanni Traverso, il primo autore dell’articolo, docente presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’Università di Los Angeles, del MIT (Massachusetts Institute of Technology) e gastroenterologo del Brigham and Women’s Hospital di Boston.

Come funziona la pillola e quando è indicata

Basta un semplice bicchiere d’acqua per far scendere nell’esofago, e poi nel tubo digerente, il dispositivo che si chiama VM Pill. La capsula ha infatti le dimensioni della tipica pasticca che si manda giù per l’integrazione polivitaminica. La sua azione si basa su un accelerometro, che dall’interno del corpo, ed in particolare stazionando nello stomaco, riesce a misurare la frequenza respiratoria e la frequenza cardiaca del paziente.

Grazie a questo dispositivo è possibile quindi registrare le minime vibrazioni del corpo che si associano al battito cardiaco e al respiro, cogliendole immediatamente. Per le sue caratteristiche, oltre ad individuare overdose da oppioidi in soggetti ad alto rischio, il dispositivo può anche aiutare chi fa i conti con apnee ostruttive nel sonno o crisi legate a patologie respiratorie croniche, come la BPCO in forma grave.

Le prove della ricerca

VM Pill è stata testata sia su animali sia su una piccolissima popolazione di volontari, in studio per apnea notturna. Negli animali in pratica si è ripetuto quanto avviene in caso di overdose da fentanil, appunto un farmaco sintetico che in qualche modo lega l’azione analgesica all’azione sui recettori per gli oppioidi, con conseguente blocco della respirazione che è stato immediatamente riconosciuto dalla pillola “esplorante” e quindi ha consentito di trattare l’urgenza.

Nell’uomo, invece, si sono studiati 10 soggetti con sospensione del respiro durante il sonno, seguiti presso l’Università della Virginia Occidentale. Il sensore della pasticca “intelligente” è riuscito a misurare con precisione sia la frequenza respiratoria che la frequenza cardiaca, rilevando anche un episodio di apnea notturna sperimentato da uno dei pazienti.

Come spiega Traverso in una nota dell’ateneo, “siamo riusciti a dimostrare che, utilizzando la capsula, potremmo acquisire dati che corrispondevano a ciò che avrebbero catturato i tradizionali sensori transdermici”. Ma non basta. In questo studio, i ricercatori hanno monitorato i segnali emessi dalla capsula mentre era nello stomaco, ma in uno studio precedente hanno dimostrato che i segni vitali possono essere misurati anche da altre parti del tratto gastrointestinale.

“L’accuratezza e la correlazione di queste registrazioni erano eccellenti rispetto agli studi clinici standard di riferimento che abbiamo eseguito nei nostri laboratori del sonno – conferma un altro autore della ricerca Ali Rezai, del Rockefeller Neuroscience Institute presso l’Università della Virginia Occidentale”.

Come si manifesta la dipendenza da oppiacei

Non sempre la dipendenza da oppiacei si manifesta chiaramente e  a volte non influisce sul normale svolgimento delle attività di ogni giorno. Ad esempio alcuni eroinomani, pur tollerando senza difficoltà gli effetti euforizzanti della droga, possono manifestare esclusivamente miosi della pupilla e soffrire di disturbi controllabili, come la stipsi. Tuttavia è fondamentale riconoscere precocemente questi soggetti, anche perché sono ad elevato rischio di sviluppare complicanze mediche e psichiatriche.

Visti i meccanismi che determinano il quadro, i sintomi di questa condizione sono fondamentalmente correlabili all’ipereccitabilità del sistema nervoso centrale. I primi disturbi possono comparire a distanza di poche ore dalla sospensione dell’assunzione dell’oppiaceo, e in genere raggiungo l’apice dopo due o tre giorni. S

otto il profilo psicologico si manifesta un fortissimo desiderio di assumere la droga, mentre i segni fisici dell’astinenza interessano soprattutto l’apparato respiratorio, con significativo incremento degli atti respiratori. Spesso si associano altri disturbi, come sudorazione, rinorrea e lacrimazione. Non raramente si presentano anche tremori, contrazioni muscolari con erezione pilare, algie muscolari diffuse.

Come si passa dalla tolleranza alla dipendenza

Gli oppiacei sono in grado di determinare tolleranza, con conseguente necessità da parte di chi li assume di aumentare i dosaggi della droga per ottenere il medesimo effetto. La somministrazione di eroina ad esempio può indurre progressivamente modificazioni sui recettori che legano i metaboliti dell’oppiaceo, alterazione della produzione e della eliminazione di dopamina, adattamenti delle aree cerebrali non direttamente interessate dall’azione della droga. Inoltre gli oppiacei possono determinare tolleranza crociata, ovvero dare la possibilità al tossicodipendente di sostituire una droga con un’altra.

Lo stimolo ripetuto determinato dagli oppiacei sui neuroni induce un’iperattivazione dei sistemi centrali, che non risentono più dell’azione inibitoria degli oppioidi. Inoltre induce una sorta di “impossibilità” dei neuroni che presentano recettori per le endorfine e quindi per gli oppiacei a reagire autonomamente, in assenza dell’oppiaceo stesso. Entrambi questi fenomeni sono alla base della dipendenza, che può essere psicologica (inducendo il “craving” ovvero il desiderio incontrollabile di assumere composti) e fisica.

Le parole chiave per comprendere il quadro

Addiction. Comportamento caratterizzato dall’assunzione di sostanze che determinano dipendenza, con impulso alla ricerca della droga d’abuso.

Astinenza. Condizione di gravità variabile insorgente in caso di sospensione o riduzione significativa nell’assunzione di una droga d’abuso.

Comorbilità. Termine che esprime la presenza contemporanea di una malattia psichiatrica come la depressione o di un disturbo affettivo o di personalità insieme alla dipendenza da droghe d’abuso.

Craving. Desiderio incontrollabile di assumere la sostanza che induce dipendenza. Il fenomeno, che entra naturalmente nel desiderio di cibo e nell’attività sessuale, è legato all’attività dei neurotrasmettitori, ed in particolare della dopamina.  L’assunzione di droga altera il sistema.

Tolleranza. Meccanismo che determina una progressiva necessità di aumentare la dosi di una sostanza d’abuso per ottenere gli stessi effetti sull’organismo.

Gli sviluppi futuri della ricerca

Al momento, va detto, la pillola VM rimane nel corpo per circa 24 ore. Ma si punta a prolungarne la permanenza nelle vie digestive, anche per aumentare le possibilità di monitorare le funzioni vitali di cuore e polmoni in soggetti ad alto rischio. Non solo. Si spera anche di poter trasformare la pasticca in una “navicella” in grado di trasportare farmaci, da rilasciare immediatamente in caso di bisogno, ad esempio per antagonizzare gli effetti di un oppioide. Grazie alla capacità di rilevare precocemente i segni dell’intossicazione, quindi, si potrebbe arrivare alla diagnosi immediata e al trattamento di queste forme. Il tutto grazie ad una pastiglia. Ma ci vorrà tempo…

Fonti bibliografiche

Oppioidi, ISSalute

Gerald F. O’Malley, Rika O’Malley, Oppioidi, 2022, Manuale MSD

Anne Trafton, Ingestible electronic device detects breathing depression in patients, 2023, MIT News