Dallo sviluppo di algoritmi avanzati di apprendimento automatico alla costruzione di dispositivi che miglioreranno l'accesso a trattamenti efficaci per i pazienti di tutto il mondo, i ricercatori che lavorano nel campo della fisica medica, della biotecnologia e dei molti campi correlati continuano ad applicare tecniche scientifiche per migliorare l'assistenza sanitaria in tutto il mondo. Mondo della fisica ha riferito di molte di queste innovazioni nel 2022, ecco solo alcuni dei punti salienti della ricerca che hanno attirato la nostra attenzione.
IA in tutti i settori
L'intelligenza artificiale (AI) svolge un ruolo sempre più prevalente nell'arena della fisica medica, dalla gestione della grande quantità di dati generati durante l'imaging diagnostico, alla comprensione dell'evoluzione del cancro nel corpo, alla progettazione e all'ottimizzazione dei trattamenti. Con questo in testa, Mondo della fisica ha ospitato una AI in Medical Physics Week a giugno, esaminando l'uso del deep learning per applicazioni tra cui radioterapia adattativa online, Imaging PET, calcolo della dose di protoni, analisi delle scansioni TC della testa ed identificare l'infezione da COVID-19 nelle scansioni polmonari.
All'inizio dell'anno, una sessione dedicata all'APS March Meeting ha esaminato alcune delle ultime novità applicazioni mediche dell'intelligenza artificiale e dell'apprendimento automatico, compreso il deep learning per la diagnosi e il monitoraggio dei disturbi cerebrali e delle malattie neurodegenerative e l'utilizzo dell'intelligenza artificiale per la registrazione e la segmentazione delle immagini. Un altro studio intrigante è stato l'uso da parte dell'EPFL di una rete neurale per creare un microscopio intelligente che rileva sottili precursori di rari eventi biologici e controlla i suoi parametri di acquisizione in risposta.
La promessa del protone FLASH
In uno sviluppo che è diventato anche il nostro le 10 migliori scoperte dell'anno per il 2022, l'ASTRO Annual Meeting di quest'anno ha visto Emily Daugherty del Cancer Center dell'Università di Cincinnati riferire i risultati del primo studio clinico di radioterapia FLASH. I trattamenti FLASH, in cui le radiazioni terapeutiche vengono erogate a dosi ultraelevate, promettono di ridurre la normale tossicità tissutale pur mantenendo l'attività antitumorale. In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato la terapia protonica FLASH per trattare 10 pazienti con metastasi ossee dolorose. Hanno dimostrato la fattibilità del flusso di lavoro clinico e hanno dimostrato che il trattamento era efficace quanto la radioterapia convenzionale per alleviare il dolore, senza causare effetti collaterali imprevisti.
Lo studio rappresenta anche il primo utilizzo nell'uomo del proton FLASH. La maggior parte dei precedenti studi FLASH preclinici utilizzava elettroni; ma i fasci di elettroni viaggiano solo per pochi centimetri nel tessuto mentre i protoni penetrano molto più in profondità. Sperando di sfruttare questo vantaggio, anche molti altri gruppi stanno studiando il proton FLASH, compresi gli scienziati dell'Università della Pennsylvania che hanno utilizzato la modellazione computazionale per scoprire qual è il più tecnica di consegna efficace per fasci di protoni FLASH, e ricercatori dell'Erasmus University Medical Center, Instituto Superior Técnico e HollandPTC, che hanno sviluppato un algoritmo che ottimizza i modelli di consegna del raggio di matita protonico per massimizzare la copertura FLASH.
Riportare la vista
Restituire la vista a coloro che hanno perso la capacità di vedere è un compito di ricerca sostanziale. Quest'anno abbiamo riportato due studi che mirano ad avvicinare ulteriormente questo obiettivo. I ricercatori della University of Southern California stanno esplorando l'uso di stimolazione ad ultrasuoni per il trattamento della cecità causato da degenerazione retinica. Mentre le protesi visive che ripristinano la vista tramite la stimolazione elettrica dei neuroni retinici sono già state utilizzate con successo nei pazienti, si tratta di dispositivi invasivi che richiedono complessi interventi chirurgici di impianto. Invece, il team ha dimostrato che stimolare gli occhi di un topo cieco con ultrasuoni non invasivi può attivare piccoli gruppi di neuroni nell'occhio dell'animale.
Altrove, si è sviluppato un team in Svezia, Iran e India un nuovo modo di produrre cornee artificiali, utilizzando collagene di grado medico proveniente dalla pelle di maiale (un sottoprodotto purificato dell'industria alimentare) che i ricercatori hanno trattato chimicamente e fotochimicamente per migliorarne la resistenza e la stabilità. In uno studio pilota su 20 pazienti, hanno dimostrato che i loro impianti erano forti e resistenti alla degradazione e potevano ripristinare completamente la vista dei pazienti attraverso un intervento chirurgico minimamente invasivo. Sulla base di questo successo, Mehrdad Rafat e il suo team sperano che il nuovo approccio possa affrontare la carenza di cornee da donatore per il trapianto e aumentare le opzioni di trattamento per le molte persone in tutto il mondo che hanno urgente bisogno di nuove cornee.
Innovazioni nell'interfaccia cervello-computer
Le interfacce cervello-computer (BCI) forniscono un ponte tra il cervello umano e il software o l'hardware esterno. Quest'anno i ricercatori hanno utilizzato con successo un file impiantato BCI per consentire a una persona con paralisi completa di comunicare. Il team - del Wyss Center for Bio and Neuroengineering, ALS Voice e dell'Università di Tubinga - ha impiantato due minuscoli array di microelettrodi nella superficie della corteccia motoria del partecipante. Gli elettrodi registrano i segnali neurali, che vengono decodificati e utilizzati in uno speller di feedback uditivo che richiede all'utente di selezionare le lettere. Il paziente, che aveva la sclerosi laterale amiotrofica (SLA) ed era in uno stato completamente bloccato senza movimenti volontari rimanenti, ha imparato come alterare la propria attività cerebrale in base al feedback audio ricevuto, permettendogli di formare parole e frasi e comunicare ad una velocità media di circa un carattere al minuto.
In alternativa all'utilizzo di elettrodi impiantati per rilevare l'attività cerebrale, i segnali neurali possono anche essere raccolti in modo non invasivo utilizzando elettrodi elettroencefalografici (EEG) attaccati al cuoio capelluto. Un team della University of Technology Sydney ha sviluppato a nuovo biosensore basato su grafene che rileva i segnali EEG con elevata sensibilità e affidabilità, anche in ambienti altamente salini. Il sensore, realizzato in grafene epitassiale cresciuto su un substrato di carburo di silicio su silicio, combina l'elevata biocompatibilità e conducibilità del grafene con la robustezza fisica e l'inerzia chimica della tecnologia del silicio.
