• photodynamic Therapy
• wireless capsule endoscopy
• terapia fotodinamica
• Helicobacter Pylori
• Capsule endoscopiche

Lo scopo della tesi è la progettazione di una capsula per il trattamento delle infezioni da Helicobacter pylori. L’idea nasce dall’Università di Firenze e il lavoro è stato svolto presso l’Istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pontedera.
L’Helicobacter pylori (H.pylori) è un batterio gram-negativo, microaerofilo. Esso colonizza la parete dello stomaco spingendosi nel piloro e nel duodeno. La prevalenza dell’infezione è circa il 50% nella popolazione mondiale con picchi di oltre il 90% nei paesi in via di sviluppo . E’ associato alla gastrite cronica e a patologie più severe come la gastrite atrofica, l’ulcera gastrica e duodenale, il linfoma MALT e l’adenocarcinoma gastrico. E’ considerato un agente cancerogeno di 1° grado dal World Health Organization (WHO).
Attualmente la cura dell’infezione da H.pylori viene effettuata mediante l’impiego della terapia farmacologica eradicante che consiste nell’associazione di 2/3 antibiotici insieme ad un farmaco inibitore della secrezione gastrica (in genere un inibitore di pompa protonica) per 10-15 giorni. Tale trattamento risulta sempre meno efficace (60-70%) soprattutto in questi ultimi tempi a causa della resistenza batterica agli antibiotici ed inoltre presenta molti effetti collaterali (nausea, vomito, diarrea, vertigini) -.
Emerge quindi la necessità di trovare nuove strategie alternative in grado di sconfiggere questo fenomeno. Un’alternativa promettente può essere rappresentata dalla terapia fotodinamica (PDT). Essa è stata scoperta all’inizio del ‘900 ed è applicabile sia in campo oncologico sia per il trattamento di ferite infette, infezioni batteriche (acne) e fungine, ed in campo odontologico . La terapia fotodinamica in genere prevede l’utilizzo di un fotosensibilizzante esterno (tipicamente una porfirina) da somministrare al paziente.
Dopo un adeguato periodo di tempo, necessario affinché il fotosensibilizzante si accumuli in modo selettivo nel target, quest’ultimo (cellule tumorali, batteri, virus) viene irraggiato da luce visibile.
L’interazione della luce con il fotosensibilizzante produce varie specie reattive (ROS) che distruggono il bersaglio.
L’H.pylori è in grado di accumulare intorno a se’ agenti fotosensibilizzanti endogeni come da esempio la coproporfirina III e la protoporfirina IX. Quindi può essere distrutto se illuminato con luce ad un’appropriata lunghezza d’onda (dipende, infatti, dall’assorbimento del fotosensibilizzante). Ciò è stato dimostrato in vitro su colture batteriche di H. pylori ed in vivo illuminando la cavità gastrica mediante esame endoscopico. .
La terapia fotodinamica intragastrica mediante esame endoscopico ha però lo svantaggio di essere mal tollerata dal paziente in quanto praticata mediante un esame altamente invasivo con dolori e rischio di perforazione correlata alla metodica stessa ed in più richiede per il trattamento la presenza del medico.
Negli ultimi anni sono state sviluppate per l’esplorazione del tubo digerente le capsule endoscopiche. Esse sono un metodo minimamente invasivo e perciò ben tollerato dal paziente. Tali dispositivi sono stati sviluppati inizialmente per la diagnosi di patologie dell’intestino tenue, tratto del sistema gastrointestinale non esplorabile per via endoscopica, e hanno poi preso campo in vari distretti del tratto gastrointestinale come l’esofago, lo stomaco ed il colon, oltre ad essere state proposte anche per un uso terapeutico. Il lavoro di tesi nasce con lo scopo di progettare una capsula ingeribile che, una volta deglutita sia capace di illuminare le pareti dello stomaco ad un’appropriata lunghezza d’onda al fine di distruggere l’H. pylori presente, grazie all’interazione luce-porfirine. Per la sua applicazione clinica e l’accettabilità sanitaria, la capsula deve rispettare alcuni requisiti fondamentali. Anzitutto dovrebbe avere le dimensioni per essere facilmente deglutibile anche da pazienti con problemi della deglutizione.
Inoltre deve essere biocompatibile per evitare di innescare reazioni infiammatorie nei tessuti che attraversa, trasparente alla lunghezza d’onda desiderabile, non biodegradabile, non danneggiare la parete del sistema gastrointestinale durante il transito e avere al suo interno tutti i dispositivi utili per applicare la terapia fotodinamica.
Il sistema, nel suo complesso deve essere sicuro e affidabile e deve assicurare l’espulsione in ogni caso. Il dispositivo è monouso, quindi deve avere un costo inferiore rispetto all’uso del gastroscopio tradizionale. Le specifiche tecniche sono state le seguenti :
• Dimensioni compatibili con una semplice deglutizione (11mm di diametro x 26mm di lunghezza)
• Fluenza emessa per uccidere il batterio almeno 20J/cm2 come riportato in letteratura da ottener al massimo in 30 minuti (tempo medio di permanenza nello stomaco).
• Spettro di emissione dei led intorno ai 400 nm ai 450nm e ai 625 nm (dato dallo spettro di assorbimento delle porfirine)
Sono stati scelti i vari componenti interni in base a tali specifiche:
• Batteria da 160mAh agli ioni di litio
• Batteria ai polimeri di Litio da 20 mAh
( hanno permesso la progettazione di due prototipi: uno pre-industriale e uno di ricerca)
Led smd con le seguenti lunghezze d’onda:
• 375nm
• 405nm
• 460nm
• 625nm
E’ stato verificato lo spettro effettivo dei LED, la loro intensità radiante e l’uniformità della luce, sono stati organizzati esperimenti in vitro sul batterio.
Dall’analisi dei risultati sono stati progettati i seguenti prototipi :
1. Di ricerca con LED blu e rossi
2. Pre-industriale con LED rossi
Tra i due la differenza è nella batteria e nella disposizione dei LED.
Inoltre è stata valutata l’integrazione del microcontrollore stm32 con la scheda di valutazione F4-Discovery. I risultati sperimentali sono promettente per il trattamento dell’Helicobacter pylori senza ausilio di terapia farmacologica.