L’applicazione del mese: una penna stampata in 3D per la diagnosi della malattia di Parkinson

La malattia di Parkinson (PD) è un disturbo neurodegenerativo che colpisce circa 10 milioni di persone in tutto il mondo ed è la seconda malattia neurodegenerativa più comune dopo l’Alzheimer. Tuttavia, nonostante sia una condizione così diffusa, è difficile da diagnosticare. Non esistono esami di laboratorio o di diagnostica per immagini che possano confermare la diagnosi, anche se alcuni esami, come la risonanza magnetica o le analisi del sangue, possono confermare la diagnosi della malattia di Parkinson o escludere altre condizioni che la imitano. La malattia richiede una diagnosi “clinica”, ovvero il medico prende in considerazione la storia, i sintomi e l’esame fisico del paziente per stabilire se ne è affetto. Tuttavia, questi metodi sono spesso inefficienti e mancano di standard quantitativi oggettivi.

Un gruppo di ricercatori dell’Università della California di Los Angeles (UCLA) sta cercando di sviluppare un’alternativa: una penna diagnostica stampata in 3D. I segni della malattia di Parkinson sono diversi per ognuno, e i sintomi comuni includono (ma non solo) tremori, lentezza nei movimenti e rigidità. La scrittura a mano è un processo che combina abilità cognitive, percettive e di motricità fine, tutte colpite dalla malattia. Analizzando i modelli di scrittura a mano, è possibile ottenere informazioni critiche e marcatori biometrici quantitativi per la diagnosi.

Facilitare la diagnosi con la stampa 3D

I ricercatori dell’UCLA non sono i primi a pensare a una penna per diagnosticare la malattia di Parkinson. Infatti, sono stati ampiamente utilizzati strumenti convenzionali di analisi della scrittura, come tablet o tavolette digitali. Questi strumenti sono utili per tracciare le traiettorie della scrittura e nell’analizzare le tracce di scrittura risultanti, ma spesso non tengono conto dei sintomi motori che si verificano durante la scrittura. Inoltre, questi strumenti sono costosi e complessi da configurare, il che rappresenta una sfida per un’ampia implementazione e un utilizzo in contesti non clinici. I ricercatori hanno pensato anche ai Paesi a basso reddito, che hanno un accesso limitato a risorse specialistiche per la diagnosi della malattia, oltre a un numero insufficiente di neurologi.

L’équipe dell’UCLA ha quindi cercato di mettere a punto uno strumento più accessibile e in grado di fornire risultati più quantitativi. Il risultato è stato una penna diagnostica con punta magnetoelastica e inchiostro ferrofluido, progettata per convertire in modo sensibile i sottili movimenti di scrittura sulla superficie e nell’aria in segnali di rilevamento ad alta fedeltà per l’analisi della scrittura a mano. Considerando la scalabilità, hanno creato una struttura semplice per il fusto della penna che può essere prodotta in modo efficiente tramite stampa 3D. Il team ha stampato il fusto della penna con la stampante FDM F123 Composite-Ready di Stratasys.

Come funziona la penna stampata in 3D

Quando l’utente scrive con la penna, la pressione deforma la punta della penna, provocando uno spostamento del flusso magnetico per effetto magnetoelastico, che si riferisce alla variazione delle proprietà magnetiche di un materiale sotto sforzo. La variazione del flusso magnetico, combinata con il movimento dell’inchiostro ferrofluido durante la scrittura, genera segnali di tensione nella bobina circostante. L’idea è che quando una persona affetta da malattia di Parkinson scrive con la penna, i segnali di tensione mostreranno anomalie non presenti nella scrittura normale, cioè tremori della mano che vengono registrati come picchi minori aggiuntivi. In altre parole, la scrittura a mano viene convertita in un segnale elettrico per quantificare le irregolarità della scrittura.

Il team dell’UCLA ha condotto uno studio pilota con la penna, coinvolgendo 16 partecipanti, tre dei quali affetti da malattia di Parkinson. Su superfici e in aria, i partecipanti hanno scritto parole e disegnato linee ondulate e spirali per catturare i movimenti. Poi, utilizzando modelli di apprendimento automatico, i ricercatori hanno classificato i segnali di scrittura dei partecipanti. Dopo l’addestramento, uno di questi modelli è riuscito a distinguere i pazienti affetti dalla malattia con un’accuratezza media del 96,22%.

Prospettive future

Affinché la penna stampata in 3D possa essere utilizzata i ricercatori dovranno condurre ulteriori test. Lo studio dell’UCLA ha coinvolto soltanto 16 partecipanti e per verificare l’efficacia della penna come strumento diagnostico è necessario condurre studi con gruppi di persone più ampi e diversificati. Inoltre, il Guardian ha riferito che, sebbene la penna possa essere un buon indicatore della malattia di Parkinson, i medici dovrebbero utilizzare più di un biomarcatore per formulare una diagnosi, citando Chrystalina Antoniades, professore associato di neuroscienze cliniche presso l’Università di Oxford, non coinvolta nel lavoro. Antoniades ha spiegato: “Questa [penna] diagnostica il problema della scrittura, che è solo uno dei tanti sintomi che vediamo nei nostri pazienti. Ma può integrare ciò che abbiamo già trovato, rilevando qualcosa che potrebbe essere difficile da vedere“.

Anche se è chiaro che sono necessarie ulteriori ricerche, il dispositivo sembra uno strumento promettente per supportare diagnosi più precoci e accurate della malattia di Parkinson. Per leggere lo studio completo dell’UCLA: QUI.  

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*Crediti copertina: UCLA