L'accelerazione della domanda di dispositivi medici impiantabili, in particolare di pacemaker cardiaci, defibrillatori e dispositivi di assistenza ventricolare a sinistra (LVAD), ha portato l'impronta ambientale della salute a fuoco acuto. Mentre queste tecnologie salvavita hanno notevolmente migliorato i risultati dei pazienti, la loro produzione, l'uso e lo smaltimento generano rifiuti significativi e consumano risorse non rinnovabili.

Il bisogno crescente di dispositivi cardiaci sostenibili

Ogni anno, oltre un milione di pacemaker e centinaia di migliaia di defibrillatori cardioverter impiantabili (ICD) vengono impiantati in tutto il mondo. Un tipico pacemaker contiene una batteria al litio-iodina, titanio o acciaio inox-acciaio, piombo in poliuretano e una varietà di componenti elettronici, molti dei quali non biodegradabili e contengono sostanze pericolose.

Impronte ambientali dei dispositivi convenzionali

  • Le plastiche non biodegradabili[] utilizzate nell'isolamento del piombo e l'alloggiamento del dispositivo persistono nell'ambiente per secoli, rilasciando microplastiche come degradano.
  • Le sostanze chimiche pericolose[[]] come i ftalati, il bisfenolo A (BPA), e i ritardanti di fiamma sono spesso presenti nei materiali tradizionali, che si legano nel terreno e nell'acqua dopo lo smaltimento.
  • La produzione di energia ad alta intensità[[] – la produzione di batterie al titanio e al litio richiede un'elaborazione ad alta temperatura e un significativo consumo di combustibili fossili, contribuendo alle emissioni di gas serra.
  • I tassi di riciclaggio bassi[]—sotto il 5% dei dispositivi cardiaci espiantati sono attualmente riciclati o ritrattati, a causa di ostacoli normativi, rischi di infezione, e la mancanza di programmi di take-back consolidati.

Un'analisi del ciclo di vita (LCA) di un tipico pacemaker a camera singola stima un'impronta di carbonio equivalente a circa 1.500 kg di CO2, compatibile con la guida di un'auto alimentata a benzina per 6.000 km. La scalazione di questo materiale attraverso la popolazione globale di impianti produce milioni di tonnellate di emissioni di CO2 e decine di migliaia di tonnellate di rifiuti persistenti ogni anno.

Materiali innovativi per dispositivi cardiaci Eco‐Friendly

I progressi nei biomateriali e nella chimica verde hanno creato alternative valide ai metalli e ai polimeri convenzionali. Il materiale sostenibile ideale per gli impianti cardiaci deve bilanciare la biocompatibilità], la biodegradabilità (o riciclabilità), [FLT-4]] la forza meccanicalong], e

Polimeri biodegradabili

I polimeri che si disgregano naturalmente nei sottoprodotti benigni sono promettenti per i componenti di impianto temporanei, come i cavi, i rivestimenti isolanti e gli strati di eluzione della droga.

  • PLA[]]] deriva da fonti rinnovabili come l'amido di mais o la canna da zucchero. Si degrada attraverso l'idrolisi in acido lattico, metabolizzato dal corpo.Per applicazioni cardiache, PLA viene esplorato per rivestimenti stent biorile e cavi di pavimentazione temporanei.
  • PHA[]] è prodotto dalla fermentazione microbica e presenta eccellenti tassi di biocompatibilità e di degradazione sintonizzata. Il suo utilizzo in dispositivi impiantabili è ancora nelle fasi iniziali, ma i film basati su PHA mostrano la promessa di ridurre l'infiammazione.

Altri polimeri biodegradabili in fase di indagine includono policaprolactone (PCL), poli(acido glicolico) (PGA), e copolimeri come poli (acido poli-co-glicolico) (PLGA). Questi materiali possono essere adattati per degradare durante settimane a mesi, rendendoli adatti per applicazioni in cui è necessario il supporto temporaneo o la consegna di farmaci.

Metalli riciclabili e biorisorbabili

I componenti tradizionali in titanio e acciaio inox sono molto resistenti ma difficili da ritrattare dopo l'espianto. Le alternative emergenti si concentrano sui metalli che possono essere facilmente riciclati o completamente degradati all'interno del corpo dopo la loro funzione è completa:

  • Leghe di titanio[[[]] rimangono un pilastro per gli involucri dei dispositivi a causa del loro rapporto resistenza-peso e resistenza alla corrosione. Tuttavia, utilizzando il materiale di alimentazione in titanio riciclato riduce l'impatto minerario e il consumo energetico fino al 60%.
  • Leghe di magnesio[[]] – Il magnesio è naturalmente presente nel corpo umano e degrada attraverso la corrosione in prodotti non tossico.
  • Leghe a base di zinco[[]] si degradano più lentamente del magnesio, offrendo una finestra più ampia per la guarigione dei tessuti.
  • I metalli a base di ferro[[] si degradano lentamente e possono essere legati per regolare le proprietà meccaniche; sono stati studiati per i componenti di piombo nei sistemi pacemaker completamente biorisorbibile.