I principi di base degli origami hanno cambiato il modo in cui gli ingegneri biomedici guardano al loro lavoro.
La Greenberg era interessata ai meccanismi conformi, cioè agli oggetti il cui movimento deriva dalla piegatura, dal piegamento e dalla torsione. Uno dei suoi migliori amici era un prodigio dell'origami che le insegnò alcune tecniche di base. Alcune persone leggono molti articoli per la scuola di specializzazione. Io ho piegato un sacco di carta, dice Greenberg.
Figure colorate di T-rex e di Venus flytrap, insieme a libri di modelli di origami, cominciarono a popolare gli scaffali del laboratorio. E Greenberg, insieme ai suoi professori, si rese conto che l'antica arte di piegare la carta poteva essere applicata ad altri ambiti, tra cui la progettazione di strumenti e dispositivi medici.
Si trattava di un connubio tra arte e ingegneria, una pratica vecchia di 1.000 anni applicata a una tecnologia all'avanguardia. Gli artisti dell'origami hanno scoperto nuovi modi di fare le cose che non avremmo mai scoperto usando i metodi che usiamo da sempre, dice Larry Howell, PhD, professore di ingegneria meccanica e vicepresidente accademico associato della BYU.
Quando Greenberg è entrato in laboratorio nel 2010, scienziati e ingegneri di tutto il mondo stavano già utilizzando i principi degli origami, in particolare l'idea che qualcosa di grande possa essere piegato in una forma compatta e poi espanso di nuovo, nella progettazione di airbag per automobili e scudi per razzi.
Zhong You, PhD, ora professore di scienze ingegneristiche all'Università di Oxford, aveva lavorato a uno stent cardiaco pieghevole per il trattamento degli aneurismi aortici, che utilizzava i principi dell'origami per ripiegarsi da un diametro di 30 mm a uno scarso di 7-9 mm per facilitarne l'inserimento, per poi dispiegarsi in tutta la sua dimensione una volta all'interno dell'aorta.
Robert J. Lang, PhD, fisico ed esperto di origami di fama mondiale, ha progettato una custodia per strumenti medici, utilizzando gli origami per piegare un materiale piatto in modo che le superfici sterili non venissero a contatto con quelle non sterili durante l'uso. Lang si stava consultando con agenzie governative, aziende private e università, tra cui la BYU, su come applicare i principi e le tecniche dell'origami a una serie di progetti.
L'aspetto che l'origami apporta alla medicina e ad altri campi è il cambiamento di forma deterministico, dice Lang, ovvero dispositivi che cambiano forma in modo specifico e intenzionale, anziché semplicemente accartocciarsi come una camicia infilata in un cassetto. Man mano che l'origami è diventato più conosciuto, parte della cassetta degli attrezzi degli ingegneri, sempre più persone che lavorano su problemi medici lo hanno visto e hanno fatto questo collegamento: Oh, questo potrebbe essere utile.
La National Science Foundation ha colto l'entusiasmo e all'inizio del 2010 ha finanziato una serie di sovvenzioni relative agli origami: un workshop di un giorno sulla progettazione di origami di DNA, un progetto sugli origami intelligenti programmabili e uno, presso la BYU, sull'applicazione dei principi degli origami a materiali non cartacei.
Il team della BYU ha creato un soffietto in stile origami in grado di fornire una guaina sterile per il braccio curvo di una macchina a raggi X mentre viene ruotato in diverse direzioni. Hanno usato gli origami per progettare un pannolino per adulti più aderente alle curve del corpo.
Uno dei primi modelli con cui abbiamo giocato è stato quello chiamato "chomper", dice Spencer Magleby, PhD, professore di ingegneria meccanica alla BYU e preside associato della formazione universitaria. Un origami chomper assomiglia a un becco o a una bocca; quando viene schiacciato dai lati, si apre e si chiude come se stesse mordendo.
Lo stesso principio potrebbe essere utilizzato per realizzare un minuscolo strumento per la chirurgia laparoscopica, azionato con un cavo che lo chiude per l'inserimento, per poi aprirlo e manipolarlo una volta all'interno del corpo. Il team della BYU lo ha chiamato oriceps (pinza chirurgica ispirata agli origami).
Alla Pennsylvania State University, dove Mary Frecker, PhD, dirige il Center for Biodevices, il suo team ha iniziato a lavorare su un dispositivo che potesse essere inserito attraverso un endoscopio per trattare i tumori addominali con l'ablazione a radiofrequenza C, una corrente elettrica che fa vibrare, riscaldare e morire le cellule tumorali.
Il team di Freckers ha utilizzato tecniche di origami per realizzare una punta di sonda composta da minuscoli aghi che si compattano per l'inserimento e poi si aprono a ventaglio come una coda di pavone in 3D una volta all'interno del tumore. L'hanno chiamata chimera, una parola greca che si riferisce a una creatura composta da parti incongrue.
Questi dispositivi ispirati agli origami presentano alcuni vantaggi rispetto agli strumenti tradizionali: la semplicità del design significa meno parti mobili e meno opportunità per i batteri di accumularsi nelle cerniere o nelle articolazioni, oltre a costi di produzione inferiori.
Se gli strumenti medici e gli stent potessero essere più piccoli, gli interventi stessi sarebbero meno invasivi e dannosi per l'organismo; la guarigione potrebbe essere più rapida e meno complicata.
L'applicazione [degli origami in medicina] è cresciuta di pari passo con l'aumento della chirurgia laparoscopica, dice Lang. Si vuole entrare da un forellino minuscolo; una volta dentro, si vuole allargare, sia con stent che allargano un vaso sanguigno, sia con divaricatori che si aprono per spostare gli organi. È qui che l'origami ha svolto un ruolo importante.
L'uso degli origami nelle applicazioni mediche presenta anche delle sfide. L'origami tradizionale si basa sull'uso della carta, ma i dispositivi destinati all'uso nel corpo devono essere realizzati con materiali biocompatibili.
C'è poi la questione dell'attivazione. Come lo farete muovere una volta arrivato a destinazione? chiede Lang. È un motore, una leva, è attivato elettricamente? Alcuni dispositivi ispirati agli origami si attivano quando raggiungono una certa temperatura, ma questa temperatura deve essere compatibile con il corpo umano.
Greenberg ha lasciato la BYU 10 anni fa e ora lavora nello sviluppo commerciale della Chevron. I suoi esperimenti con gli origami si limitano a piegare i tovaglioli con i suoi figli mentre aspettano la cena in un ristorante cinese.
Ma in tutto il mondo, a Oxford, alla Penn State e alla BYU, nei laboratori in Israele, Cina, Giappone e altrove, i ricercatori continuano a esplorare il modo in cui gli origami potrebbero essere applicati ai dispositivi e alle procedure mediche: un foglio biocompatibile piegato e riempito di farmaci chemioterapici che potrebbe srotolarsi all'interno del corpo; uno stent minuscolo, del diametro di soli 0,5 mm, per il trattamento del glaucoma; e un ramo della nanotecnologia del DNA che prevede la creazione di strutture tridimensionali in cui il DNA potrebbe essere utilizzato, ad esempio, per la bioimmagine e la somministrazione di farmaci intelligenti, portando la chemioterapia direttamente nelle cellule tumorali bersaglio.
L'interesse per i dispositivi medici ispirati agli origami è cresciuto parecchio nell'ultimo decennio, afferma Frecker, il cui team sta ora lavorando a un prodotto ispirato agli origami per proteggere i medici che effettuano interventi ai seni paranasali dall'esposizione alle goccioline di aerosol dei loro pazienti.
A questo punto, la maggior parte delle applicazioni mediche ispirate agli origami è ancora in fase di ricerca o di prototipo. Possono essere necessari anni per raccogliere fondi, suscitare l'interesse di un produttore e ottenere l'approvazione della FDA. Il passaggio dai laboratori alle aziende avviene gradualmente, dice Howell. Ci vuole solo tempo.
I principi di base dell'origami C derivare il movimento dall'increspatura e dall'apertura; convertire qualcosa di piatto in qualcosa di tridimensionale; ridurre qualcosa di grande in qualcosa di piccolo piegandolo; usare tecniche semplici per ottenere risultati complessi C hanno cambiato il modo in cui gli ingegneri biomedici guardano al loro lavoro.
Per Frecker, questi concetti hanno cambiato anche il modo di vedere il mondo. Non mi ero mai resa conto di quanto fosse diffuso l'origami finché non ho iniziato a lavorarci nella mia ricerca", dice la Frecker. È ovunque.
