Chi può dire che con un po’ di luce non si può fare molto? Piccoli chip con diodo ad emissione luminosa (LED), utilizzati per coltivare piante nello spazio, stanno illuminando la strada per il trattamento del cancro, la guarigione delle ferite, e per alleviare il dolore cronico sulla Terra.
Nel 1993, Quantum Devices, Inc. (QDI), di Barneveld, Wisconsin, ha iniziato a sviluppare il HEALS (Substrato di Emettitori di Luce Aluminiferous ad Alta Emissività), la tecnologia per fornire sistemi di illuminazione LED ad alta intensità, e a stato solido per gli esperimenti sulla crescita delle piante nello spazio per lo Space Shuttle della NASA. L’azienda si è evoluta da sforzi di cooperazione con il Centro Wisconsin per l’automazione e la robotica spaziale (WCSAR) presso l’Università del Wisconsin-Madison – un centro della NASA per lo sviluppo commerciale dello spazio. Ronald W. Ignazio, direttore generale e presidente della QDI, ha rappresentato al tempo uno dei partner industriali del WCSAR. Il WCSAR stava conducendo una ricerca sulle fonti di luce per promuovere la crescita degli alimenti all’interno di ambienti chiusi in cui l’uomo sarebbe dovuto rimanere per un lungo periodo, come lo Space Shuttle e la Stazione Spaziale Internazionale.
Con il supporto del WCSAR, Ignazio ha sperimentato i LED, che forniscono alta efficienza energetica e praticamente nessun calore, nonostante il rilascio di onde di luce 10 volte più luminose del sole. Ignazio ammette che alcuni scienziati coinvolti nel progetto all’inizio erano scettici, pensando che l’idea di usare i LED per promuovere la crescita delle piante era inverosimile. Gli esperimenti, però, hanno dimostrato che le lunghezze d’onda del LED rosso potrebbero promuovere il metabolismo energetico delle cellule per far avanzare la crescita delle piante e la fotosintesi. Questa scoperta ha spinto Ignazio a sviluppare una linea di prodotti a LED che emettono la lunghezza d’onda esatta della luce che utilizzano le piante nella fotosintesi.
“La nostra società dà credito al Dottor Ray Bula, il direttore del WCSAR, per la lungimiranza di andare contro il dogma prevalente del tempo e progettare il primo esperimento che utilizza la luce monocromatica per far crescere le piante di lattuga,” proclama Ignazio.
Nel 1989, Ignazio ha formato la QDI per portare sul mercato i LED delle dimensioni di un grano di sale, e nell’Ottobre del 1995, le fonti di luce hanno fatto il loro debutto sul volo dello Space Shuttle con la seconda missione del laboratorio Microgravity Spacelab degli Stati Uniti (STS-73, Columbia).
Collaborazione
Quando la NASA ha determinato che i LED rossi erano riusciti a far crescere piante nello spazio, il Marshall Space Flight Center ha assegnato alla QDI vari contratti di Small Business Innovation Research (SBIR) per indagare l’efficacia dei diodi ad ampio spettro nelle applicazioni mediche. I contratti, emessi dal 1995 al 1998, si sono concentrati sull’aumento di energia all’interno delle cellule umane. Era speranza della NASA che i LED non solo producessero benefici medici sulla Terra, ma che potessero contribuire ad arginare la perdita di massa ossea e muscolare degli astronauti, che si verifica durante lunghi periodi di assenza di gravità. (Nello spazio, l’assenza di gravità impedisce alle cellule umane di crescere naturalmente.) Inoltre, poiché le ferite sono lente da guarire in un ambiente di microgravità, la terapia a LED avrebbe potuto accelerare la guarigione e impedire a quelle che sarebbero state piccole ferite sulla Terra, di diventare catastrofiche per una missione nello spazio.
Oltre a promuovere la crescita delle cellule, i LED rossi sono in grado di attivare farmaci fotosensibili per il trattamento di tumore che, quando iniettati per via endovenosa, potrebbero distruggere completamente le cellule tumorali lasciando praticamente intatto il tessuto circostante. La tecnica, approvata dalla US Food and Drug Administration (FDA: Agenzia per gli alimenti e i medicinali) per l’uso in laboratorio e per la sperimentazione umana, è conosciuta come “terapia fotodinamica”.
Con l’assistenza SBIR della NASA, la QDI ha deciso di modificare una sonda chirurgica in modo che possa emettere onde lunghe di luce rossa per stimolare un farmaco derivato dalla benzoporfirina chiamato Photofrin, il quale fa insorgere un minor numero di effetti collaterali post-operatori rispetto ai paragonabili farmaci. Inoltre, Ignazio ha sviluppato un rapporto di amicizia e di lavoro con il Dottor Harry Whelan, professore di neurologia pediatrica e direttore di medicina iperbarica presso il Medical College of Wisconsin di Milwaukee. I due si erano incontrati dopo che Ignazio si era imbattuto in un articolo di giornale che evidenziava la rivoluzionaria tecnica di intervento chirurgico del cancro al cervello di Whelan, che utilizzava farmaci stimolati da luci laser per accelerare la guarigione. Di conseguenza, la QDI ha fornito più di 1,25 milioni di dollari dei suoi contratti SBIR per sostenere la ricerca pionieristica di fotobiomodulazione di Whelan e per inserirlo nel gruppo di ricerca per il miglioramento della sonda chirurgica.
Insieme, Ignazio, Whelan, e i ricercatori della NASA hanno modificato con successo la sonda per i tumori cerebrali pediatrici e la prevenzione della mucosite orale (un effetto collaterale comune della chemioterapia e dei trattamenti di radioterapia) nei pazienti pediatrici con trapianto di midollo osseo presso il Medical College del Wisconsin. Nel maggio 1998, una giovane di 20 anni è diventata il primo paziente a sottoporsi ad intervento chirurgico con la sonda modificata. La giovane donna aveva subito sei interventi chirurgici al cervello, trattamenti di chemioterapia e radiazioni in un arco di 10 anni, ma il suo cancro continuava a tornare. Dopo aver esaurito tutte le sue opzioni di trattamento convenzionale, si rivolse alla terapia fotodinamica, la tecnologia sponsorizzata dalla NASA.
Durante la procedura, i chirurghi hanno asportato quanto più potevano del ricorrente tumore al cervello, poi hanno iniettato la luce ad attivazione Photofrin nel suo flusso sanguigno ed inserita la sonda LED nel tessuto tumorale residuo. La sonda, che getta lunghezze d’onda che generano meno calore e penetrano più profondamente nel tessuto rispetto alle lunghezze d’onda più corte dei tradizionali laser medici, si è rivelata sicura ed efficace, in quanto il tumore non è mai più tornato e la paziente si è rimessa senza complicazioni. Anche una seconda operazione, che ha avuto luogo 3 mesi più tardi su un paziente di sesso maschile, è stata considerata efficace da Whelan e dal suo team di chirurghi del Medical College del Wisconsin.
Gli studi clinici approvati dall’FDA sono continuati in diverse altre strutture nei successivi 3 anni, compreso il Roswell Park Cancer Institute di Buffalo, New York, il Rush-Presbyterian-St. Luke’s Medical Center di Chicago, e l’Istituto di Oncologia Pediatrica di San Paolo, Brasile. La QDI è stata riconosciuta come vincitrice del premio “Space Technology Hall of Fame” della Fondazione Spaziale degli Stati Uniti nel 2000, e di un “Hallmark of success” del Marshall Space Flight Center nel 2004.
Risultato del Prodotto
I risultati positivi degli studi clinici, così come il continuo supporto della NASA e le conseguenti sovvenzioni per la ricerca dalla Defense Advanced Research Projects Agency (Agenzia per i Progetti di Ricerca Avanzata per la Difesa), hanno aiutato la QDI e il Medical College del Wisconsin verso la completa transizione della tecnologia spaziale in un nuovo, non invasivo, dispositivo medico. Il WARP 10 (Warfighter Accelerated Recovery by Photobiomodulation) è un’unità portatile a LED ad alta intensità destinato al sollievo temporaneo di muscoli minori e dolori articolari, artrite, rigidità e spasmi muscolari. Promuove inoltre il rilassamento del tessuto muscolare e aumenta la circolazione sanguigna locale. A differenza della sonda chirurgica, il WARP 10 non necessita di medicinali per via endovenosa; l’unità può essere posizionata direttamente sulla pelle dove deve avvenire il trattamento.
Il WARP 10 è stato progettato per aiutare il personale delle forze armate sul fronte per un immediata assistenza di primo soccorso per ferite minori e dolori, in modo tale da migliorare la resistenza in combattimento. Il dispositivo “cura fai-da-te per il soldato” produce 80 volte più energia rispetto ad una lampada di calore di 250 Watt, ma rimane fresco al tatto. Il vantaggio di potenza riduce il tempo necessario per ogni dose terapeutica e fornisce una più rapida multi-dose di esposizione in caso di necessità, senza gli effetti nocivi delle radiazioni solari ultraviolette. Il Dipartimento della Difesa e la Marina degli Stati Uniti stanno attualmente rilasciando il WARP 10 a equipaggi di sottomarini e operazioni di forze speciali.
La QDI ha introdotto una versione per il consumatore approvata dalla FDA, che condivide la stessa potenza e le proprietà del modello dei militari, in alternativa ai costi e alle complicazioni associate a un uso eccessivo di farmaci anti-infiammatori non-steroidei (NSAIDs) per alleviare il dolore persistente. Secondo uno studio della Mayo Clinic, gli effetti negativi associati all’uso di NSAIDs sono riportati più frequentemente alla FDA di tali effetti associati a qualsiasi altro gruppo di farmaci. Inoltre, i dati di una ricerca per gli Stati Uniti stimano che circa 107.000 pazienti vengono ricoverati ogni anno per complicanze gastrointestinali legate ad NSAID e che almeno 16.500 decessi legati ad NSAID si verificano ogni anno tra i pazienti con artrite.
La QDI sta diffondendo i rischi ed i costi connessi con questi farmaci anti-infiammatori a favore della sicura ed economica guarigione dell’uomo.
Filed under: Salute on luglio 26th, 2011 | No Comments »
