Il nostro futuro indossabile, parte 1: Come sarà la nuova tecnologia?

Di Jerilyn Covert

Questa è la prima di una serie in due parti sul futuro della tecnologia indossabile. La seconda parte esamina gli incredibili progressi nel campo dell'energia e dell'elettronica che faranno funzionare i futuri indossabili e può essere consultata qui.

23 agosto 2022 - Michael Snyder indossa ogni giorno otto sensori sul suo corpo, tra cui due smartwatch su ciascun polso.

Un'esagerazione? No. È un genetista che studia come monitorare la salute delle persone utilizzando i wearable, il termine relativamente nuovo che indica i dispositivi che indossiamo sulla pelle o vicino ad essa per misurare qualsiasi cosa, dalla frequenza cardiaca al numero di scale che saliamo ogni giorno.

In effetti, sarebbe strano per lui non darci dentro con gli accessori elettronici. È direttore dello Stanford Center for Genomics and Personalized Medicine ed è stato uno dei primi a dimostrare come uno smartwatch possa rilevare le malattie infettive. Un esempio su tutti: Snyder una volta ha usato uno smartwatch per rilevare la propria malattia di Lyme prima di avere i sintomi.

Questo è solo un assaggio di ciò che gli indossabili saranno presto in grado di fare per tutti noi.

Oggi abbiamo un assaggio di questo futuro, naturalmente. Viviamo in un'epoca in cui l'orologio conta le calorie bruciate, i pantaloni fissano la posizione yoga del cane verso il basso e gli occhiali visualizzano le notifiche proprio davanti ai nostri occhi.

Ma gli indossabili di domani non si limiteranno a migliorare l'allenamento o il cellulare: vi avvertiranno delle malattie in arrivo, gestiranno le condizioni croniche e aiuteranno i medici a personalizzare i trattamenti in base alle esigenze specifiche di ciascun paziente.

E la cosa migliore è che faranno tutto questo al di fuori della clinica, in modo che possiate dedicare il vostro tempo a lavorare, socializzare o vivere la vostra vita.

Benvenuti nel nostro futuro indossabile.

La tecnologia "dell'età della pietra" di oggi lascia intendere i miracoli medici di domani

Per decenni la fantascienza ci ha promesso nuove tecnologie sulla pelle, ma come saranno i nostri wearable e cosa saranno in grado di fare? Il futuro si sta facendo strada grazie ai progressi nei materiali, nei sensori e nelle fonti di energia che mirano a realizzare wearable di nuova generazione che raggiungano due obiettivi principali: essere meno invasivi e più affidabili.

In effetti, questo nuovo e coraggioso mondo degli indossabili attraversa diverse fasi di sviluppo e alcuni di questi gadget possono essere acquistati già adesso.

Gli smartwatch misurano la frequenza cardiaca e il ritmo del sonno: le app emergenti possono utilizzare questi dati per individuare un'infezione da COVID-19 prima di voi. Una maglietta aderente può misurare continuamente i vostri segni vitali in tempo reale. Un cerotto cutaneo applicato sul retro del braccio può misurare i livelli di glucosio 24 ore su 24, senza bisogno di pungere il dito: si può vedere in tempo reale come la dieta influisce sulla glicemia, fornendo una tabella di marcia personalizzata per l'alimentazione.

Altri ancora si stanno spingendo oltre, cercando di rendere gli indossabili più adatti alla nostra vita quotidiana, rendendoli più piccoli, flessibili, estensibili e persino lavabili.

Gli indossabili del futuro potrebbero essere "invisibili", mimetizzandosi nei vestiti o adattandosi al corpo, afferma Veena Misra, PhD, direttore del centro ASSIST, finanziato a livello federale, che riunisce i ricercatori della North Carolina State University e delle istituzioni partner per costruire indossabili di nuova generazione per la salute.

Immaginate una camicia dall'aspetto normale con sensori invisibili inseriti nel tessuto, o un dispositivo così piccolo da potersi nascondere sotto l'unghia, o addirittura dentro di voi (non si tratta del pacemaker di vostra nonna).

"Quando i dispositivi indossabili potranno essere molto sottili e simili alla pelle, saranno più utili e d'impatto", afferma Misra.

Detto questo, il successo non è garantito. Lo sviluppo di questa tecnologia è, per usare un termine tecnico, molto difficile. Anche se la scienza è in grado di superare i problemi, ci sono molti ostacoli da superare per arrivare all'uso clinico e commerciale. Sebbene l'entusiasmo per gli indossabili sia molto forte, sappiamo tutti che il clamore suscitato da una nuova tecnologia non è sempre in grado di prevedere le dimensioni del mercato. (Basta chiedere a chiunque indossi ancora i Google Glass, se riuscite a trovarne uno). E la società di analisi del mercato globale IDC ha segnalato un calo del mercato degli indossabili nel primo trimestre del 2022.

Nonostante le sfide, i ricercatori continuano a impegnarsi per garantire che, a prescindere dai dispositivi che saranno la chiave per la nostra futura assistenza sanitaria, li indosseremo bene.

Perché gli indossabili?

I "Big Data" sono un fenomeno di dimensioni gigantesche nel campo della salute e della medicina. Mentre l'apprendimento automatico, l'intelligenza artificiale (AI) e l'analisi dei dati si evolvono per sfruttare la potenza di tutti questi dati, gli indossabili sono i veicoli ideali per raccoglierli.

Questi progressi sono "simbiotici", afferma Michael Daniele, PhD, professore associato di ingegneria elettrica e informatica presso la North Carolina State University. "Se facciamo bene i wearable, essi forniranno dati di qualità che potranno poi essere inseriti nella pipeline di machine learning-AI-big data". Allo stesso modo, questi dati sono inutili senza gli strumenti che li trasformano in informazioni.

A differenza dei metodi convenzionali - che probabilmente si utilizzano solo in occasione delle visite mediche, una o due volte l'anno - gli indossabili possono essere indossati ovunque e in qualsiasi momento, tracciando continuamente i dati e rivelando le tendenze della salute. Questo può aiutare i medici a "colmare le lacune" quando fanno una diagnosi o una prognosi, dice Daniele. "Fornisce ai medici un'altra freccia nella faretra".

Inoltre, dà potere a voi, esseri umani medi, fornendovi informazioni sul vostro corpo in tempo reale. Il monitoraggio continuo fornisce una linea di base - e la linea di base è unica per voi - che rivela i problemi e vi avverte degli eventi avversi.

Per questo motivo Snyder ha rilevato la sua malattia di Lyme prima di sentirla.

"Non si guida un'auto senza un cruscotto", dice. "Direi che è altrettanto folle andare in giro senza un monitor della salute".

Le ricerche dimostrano che gli smartwatch con elettrocardiogramma sono in grado di diagnosticare la fibrillazione atriale (AFib) con una precisione sorprendente (e alcuni marchi importanti hanno già ricevuto l'approvazione della FDA per le funzioni AFib), e un giorno potrebbero rivelarsi utili anche per segnalare gli attacchi cardiaci.

Snyder e il suo team hanno sperimentato un'applicazione che si abbina a uno smartwatch per rilevare l'infezione e la malattia.

"Ora siamo in grado di dire se si è affetti da COVID nell'80% dei casi prima che si manifestino i sintomi", spiega Snyder. "La media è di 3 giorni prima della comparsa dei sintomi".

Spera di poter scalare questa tecnologia entro 5 anni, rendendola disponibile per ogni persona. "3,8 miliardi di persone hanno uno smartphone", afferma. "Basta abbinarlo a uno smartwatch per avere un monitoraggio della salute per 3,8 miliardi di persone".

Come saranno gli indossabili del futuro?

Naturalmente, prima che gli indossabili possano cambiare il mondo, dobbiamo essere disposti a, come dire, indossarli.

Ciò significa che i dispositivi non devono gridare "Ehi, ho una malattia!". Anche la praticità è fondamentale: meno dobbiamo gestirli e interagire con essi, meglio è. Già oggi avvertiamo questi limiti.

"Possiedo un Apple Watch, ma il numero totale di ore settimanali in cui lo indosso non supera le 20", afferma Alper Bozkurt, PhD, professore di ingegneria elettrica e informatica alla NC State. "Uno dei motivi è che devo continuare a caricarlo e continuo a dimenticarlo sul caricatore. Arrivo in ufficio e dico: 'Oddio, ho dimenticato l'orologio'".

Gli indossabili del futuro saranno "indossa e dimentica", dice Bozkurt. Basterà indossarlo e l'orologio passerà in secondo piano, senza bisogno di ricaricarlo o di pensarci.

Cosa vedremo:

Gioielli intelligenti

Esistono già orologi e anelli elettronici e altri gioielli intelligenti (come gli orecchini) sono in arrivo. Ma per quanto riguarda l'adozione da parte dei consumatori, gli orologi e i braccialetti sembrano avere il maggiore appeal stilistico. E data la loro popolarità - quasi 200 milioni di pezzi spediti nel 2021, secondo la società di consulenza e ricerca tecnologica Gartner - il lancio annuale di "nuovi modelli" ha ancora più senso per il marketing.

Tuttavia, con il progredire dell'elettronica morbida, i dispositivi da polso potrebbero diventare sempre più sottili e un giorno assomigliare a un pezzo di nastro adesivo avvolto intorno al polso, dice Daniele.

Abbigliamento

I vestiti tendono a essere utili per applicare l'elettronica e i sensori su aree più ampie del corpo, afferma Jesse Jur, PhD, direttore della tecnologia dell'ecosistema presso Advanced Functional Fabrics of America. Per esempio, "un triangolo di Einthoven che può chiaramente ottenere un segnale di elettrocardiogramma", dice Jur, riferendosi al posizionamento standard delle derivazioni sul corpo per un ECG.

Tuttavia, il monitoraggio può essere limitato per una ragione umana molto elementare, dice Jur: Ci cambiamo i vestiti.

Molte aziende si concentrano sull'abbigliamento sportivo. Athos propone indumenti intelligenti che rilevano l'attività muscolare durante l'allenamento. Sensoria Health offre indumenti superiori che misurano la frequenza cardiaca e calzini che misurano l'andatura e il passo.

Altre applicazioni possono passare dal consumo all'uso clinico. L'azienda Hexoskin, con sede a Montreal, vende camicie che monitorano la frequenza cardiaca e la salute respiratoria. L'azienda californiana Biotricity offre una fascia toracica con il suo sistema di monitoraggio cardiaco approvato dalla FDA per i pazienti cardiopatici, mentre l'azienda emergente Nanowear ha una pettorina approvata dalla FDA che cattura in tempo reale oltre 85 biomarcatori.

Gli abiti intelligenti di oggi tendono a includere parti rimovibili (microcontrollore, batteria), ma con il progredire del settore, un giorno queste potrebbero essere integrate nell'indumento, afferma Jur. Saranno anche lavabili.

Il capo di abbigliamento dipende da ciò che si vuole misurare. Ma la compressione è d'obbligo per recuperare le informazioni dall'interno del corpo. Le possibilità includono camicie, pantaloncini, biancheria intima, reggiseni, fasce per capelli, berretti a cranio e maniche per le braccia, dice Jur, che è anche responsabile della ricerca sui tessuti nano-estesi presso il Wilson College of Textiles dell'NC State.

Cerotti

Molti esperti non puntano su orologi o vestiti, ma su una nuova classe di dispositivi indossabili che aderiscono alla pelle come un adesivo, un cerotto o un tatuaggio temporaneo. Sebbene i cerotti non siano ancora ampiamente accettati, promettono una maggiore flessibilità tecnica nella costruzione del sensore o dell'interfaccia cutanea, afferma Daniele.

Probabilmente il più grande successo fino ad oggi è il monitor continuo del glucosio, come il Freestyle Libre di Abbott e il Dexcom G6, che può essere indossato per 10-14 giorni, testando il glucosio ogni pochi minuti e trasmettendo le informazioni in modalità wireless al cellulare. Indossati in genere sulla pancia o sul retro del braccio, funzionano grazie a un minuscolo sensore inserito sotto la pelle per misurare il livello di glucosio nel liquido interstiziale, ovvero il liquido presente nello spazio tra le cellule.

Un altro fluido che potrebbe rivelarsi utile: il sudore. I ricercatori sono già in grado di misurare i livelli di glucosio e di acido lattico nel sudore, e sono in corso sforzi per scoprire quali altri elementi del sudore potrebbero essere utili.

Cosa faranno i futuri dispositivi indossabili?

Il potenziale di nuove applicazioni sanitarie a livello mondiale è enorme. In alcuni casi, gli indossabili possono rendere più semplice il monitoraggio della salute. Ad esempio, si può sostituire lo stetoscopio con un cerotto sul petto o l'ingombrante monitor Holter con una comoda camicia. Avete bisogno di un esame di laboratorio? Saltate l'ago e indossate un sensore di sudore o di liquido interstiziale.

Altre aree oggetto di ricerca:

Sensori delicati, simili alla pelle. John Rogers, PhD, professore di scienza e ingegneria dei materiali, ingegneria biomedica e chirurgia neurologica alla Northwestern University, ha già sviluppato un sensore wireless "molto morbido, sottile e flessibile, simile alla pelle" che è molto delicato. È stato progettato in modo che chiunque possa trarne beneficio, ma l'esperto suggerisce che i neonati prematuri in terapia intensiva "potrebbero trarne i maggiori benefici".

Questi pazienti fragili devono essere sottoposti a un monitoraggio continuo dei segni vitali, che comporta un "nido di topi" di fili e nastro adesivo, spiega. Ma lui e il suo team (attraverso la loro startup Sibel Health) hanno sviluppato dei sensori di monitoraggio wireless che risparmiano la carne delicata del bambino e aiutano a garantire un sano contatto pelle a pelle con la madre.

Poiché questi sensori sono riutilizzabili e possono funzionare con gli smartphone, potrebbero essere ideali nei Paesi in via di sviluppo che non possono permettersi costose apparecchiature di monitoraggio, afferma Rogers. Migliaia sono già stati distribuiti in Zambia, Ghana, Kenya, India, Pakistan e Messico.

"I tassi di mortalità dei neonati nei Paesi a basso e medio reddito rimangono estremamente elevati", afferma William Macharia, medico, pediatra presso l'Università Aga Khan di Nairobi, in Kenya, che ha testato il dispositivo su circa 250 pazienti neonati in terapia intensiva. "La maggior parte dei decessi avviene entro le prime 2 settimane".

Con questo dispositivo, i bambini potrebbero essere monitorati molto prima, rivelando i problemi più precocemente e, si spera, salvando vite umane.

La piattaforma, che ha ricevuto l'autorizzazione della FDA per le cure non critiche nei pazienti adulti, potrebbe avere applicazioni in tutti i reparti medici. Rogers sta valutando anche l'utilizzo per la salute materna, per i sopravvissuti all'ictus e per i pazienti affetti da Parkinson e Alzheimer. Una versione è in grado di rilevare l'apnea del sonno, portando di fatto il laboratorio del sonno a casa vostra.

Monitoraggio e diagnosi della salute mentale. Alcune condizioni di salute mentale potrebbero essere trattate più facilmente grazie a dispositivi indossabili che, ad esempio, misurano gli ormoni dello stress. "C'è un crescente interesse nel cercare di misurare i livelli di cortisolo negli esseri umani", afferma Zhenan Bao, PhD, professore di ingegneria chimica all'Università di Stanford.

I medici testano già i livelli di cortisolo attraverso il sangue, la saliva o l'urina. Ma un dispositivo indossabile potrebbe - attraverso il fluido interstiziale o il sudore - essere usato per tracciare il cortisolo in modo continuo, stabilendo una linea di base e monitorando se i livelli di stress di un paziente stanno migliorando o peggiorando, dice Bao.

Inoltre, queste informazioni potrebbero essere combinate con altre misure delle funzioni corporee, come la frequenza cardiaca e la conduttanza cutanea, per ottenere una diagnosi e un trattamento più precisi, afferma Bao.

Aderenza e dosaggio dei farmaci. Il sudore potrebbe rivelarsi fondamentale per il monitoraggio dei farmaci, secondo Jason Heikenfeld, PhD, professore di ingegneria elettrica all'Università di Cincinnati. Non solo saremo in grado di sapere se una persona ha assunto un farmaco, ma i medici potranno monitorare la velocità con cui ogni persona lo metabolizza. Questo permetterà ai medici di prescrivere dosaggi personalizzati, riducendo gli effetti collaterali e rendendo i farmaci più efficaci.

"Sarà l'età della pietra", dice Heikenfeld a proposito dei tempi attuali. "Saremo come quando vai in un negozio e tua nonna di 85 anni, che pesa 95 chili, e tu, che hai 32 anni e sei in sovrappeso, prendi lo stesso flacone di X che dice 'prendine questo ogni quattro ore fino a questa dose'. Non ha alcun senso".

E molto di più. Misra e il suo team del Centro ASSIST stanno sviluppando sensori per misurare la qualità dell'aria, che potrebbero permetterci di prevedere la salute delle vie respiratorie. Altri dispositivi potrebbero misurare l'olfatto umano - le sostanze volatili presenti nell'alito sono associate al cancro - rivelando, ad esempio, se un paziente affetto da cancro è in remissione, dice Misra. Il monitoraggio del comportamento negli anziani potrebbe aiutare a rilevare i cambiamenti nelle capacità di pensiero o nella memoria.

"I dispositivi indossabili diventeranno sempre più un predittore di salute", afferma Misra. Se riusciamo a prevedere le condizioni o a cogliere precocemente le malattie, possiamo intervenire prima e ottenere risultati migliori in termini di salute".

Man mano che questi dispositivi saranno accettati, passeranno dall'assistenza sanitaria al benessere dei consumatori, migliorando non solo i risultati medici ma anche i cambiamenti dello stile di vita su vasta scala, afferma Daniele.

"E poi c'è il cielo blu", dice. "Se tutti indossano un dispositivo che misura qualcosa, possiamo iniziare a fare cose come l'analisi della salute della popolazione?". Oppure potremmo fermare in modo più strategico la diffusione delle malattie infettive?

Tuttavia, anche se i laboratori sono pieni di dimostrazioni, la transizione alla vita reale solleva delle domande: Le persone indosseranno gli indossabili? Questi dispositivi forniranno dati di qualità? In che modo questi dati saranno all'altezza dei nostri attuali gold standard in medicina?

Misra è ottimista. Prevede una seria evoluzione dei dispositivi indossabili in ambito clinico e commerciale entro 5 anni.

Dopo tutto, molti di noi sono già abituati ad avere dispositivi di raccolta dati addosso o intorno a sé. Il che significa che il futuro della tecnologia medica e sanitaria, per molti versi, è già qui e al vostro polso... in attesa di un aggiornamento.