Sangue universale – 4G lunare – digital twin del cuore

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Sangue universale - 4G lunare - digital twin del cuore

S.9 Ep.192 – Sangue universale – 4G lunare – digital twin del cuore

Sangue Universale: ricercatori danesi e svedesi hanno sviluppato un metodo per utilizzare enzimi batterici per rimuovere gli antigeni A e B dai globuli rossi, creando potenzialmente sangue universale.

Spore Mangiaplastica: l’Università della California di San Diego ha sviluppato spore che possono essere incorporate nella plastica durante la produzione, attivandosi per scomporla quando desiderato. Un approccio rivoluzionario ad una tecnologia che già esiste.

Cellulari sulla Luna: Nokia sta sviluppando il primo sistema di comunicazione cellulare 4G per la Luna, aprendo la strada all’esplorazione e alla colonizzazione lunare. Come funziona? Quali benefici consente di ottenere?

Microonde Inverso: un nuovo dispositivo utilizza l’effetto Peltier per raffreddare rapidamente bevande e cibi, con potenziali applicazioni per la casa, il catering e la medicina. Un forno a micoonde al contrario!

Digital Twin del cuore: un supercomputer a Barcellona è in grado di creare modelli digitali realistici di cuori umani, permettendo ai medici di prevedere la risposta ai trattamenti e personalizzare le cure.

Parole chiave: Sangue universale – 4G lunare – digital twin del cuore

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SANGUE UNIVERSALE

Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), sono necessarie circa 100 milioni di sacche di sangue ogni anno per soddisfare la domanda globale, ma al momento ne vengono raccolte solo circa 79 milioni.

Il gap è causato sia dall’aumento della domanda che dalla lenta crescita dell’offerta. La domanda è influenzata, come potete immaginare, dal costante invecchiamento della popolazione: più persone necessitano di trasfusioni di sangue.

L’offerta è invece influenzata da una pletora di fattori. Da una parte esistono ancora fenomeni di paura e disinformazione, dall’altra in alcuni paesi, i criteri di eleggibilità per la donazione di sangue sono molto rigidi, il che può escludere potenziali donatori. Senza dimenticare che, in molti luoghi del pianeta, le infrastrutture, i centri di raccolta ed il personale qualificato sono carenti.

Ed infine, l’aspetto più ovvio, il tipo di sangue del donatore deve coincidere con quello del ricevente. Ogni gruppo sanguigno (A, B o AB) è caratterizzato dalla presenza di antigeni A e B che si trovano nelle catene di zucchero sulla superficie dei globuli rossi. Quando viene somministrata una trasfusione di sangue, i gruppi sanguigni del donatore e del ricevente devono corrispondere. In caso contrario, il sistema immunitario attaccherà e distruggerà le cellule del sangue donate, causando una reazione potenzialmente fatale.

Ma sappiamo anche che esiste una preziosa eccezione, le cellule del sangue del gruppo O non trasportano antigeni.

I ricercatori dell’Università tecnica della Danimarca e dell’Università di Lund, in Svezia, hanno utilizzato enzimi prodotti da un comune batterio intestinale per rimuovere gli antigeni A e B dai globuli rossi, avvicinandoli di un passo alla creazione di sangue universale. Il processo ha mostrato di essere più efficace contro gli antigeni del gruppo B rispetto a quelli del gruppo A, ma lo studio sembra poter rappresentare la svolta che ancora oggi mancava.

Ovviamente applicare questa tecnologia al sangue di partenza per “trasformarlo” in sangue adatto per tutti i riceventi comporterà dei costi di lavorazione aggiuntivi. In compenso però, sarà possibile semplificare la logistica attorno ad un prodotto standard uguale per tutti, riducendo gli sprechi ed anche evitando l’incredibile errore, che a volte ancora capita, di fare trasfusione di gruppi sanguigni non corrispondenti.

Vi racconto spesso di tecnologie rivoluzionarie, questa potrebbe essere una di quelle!

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SPORE MANGIAPLASTICA

A The Future Of vi ho parlato in passato di batteri in grado di mangiare la plastica. È una tecnologia intrigante, che a cadenza abbastanza regolare ci presenta innovazioni e miglioramenti promettenti. Ma che, ad onor del vero, non tutti apprezzano, perché ci potrebbe dare una falsa sicurezza sulla nostra capacità di eliminare la plastica in eccesso. Portando, di conseguenza, ad un rilassamento nella battaglia per ridurre “per legge” la quantità di plastica. In altri termini, meglio non produrla per niente che affidarci a batteri in grado di smaltirla una volta prodotta.

Personalmente non ho mai capito perché le due strategie dovrebbero essere mutualmente esclusive. In realtà, procedere su entrambe i fronti credo sia più intelligente che sprecare tempo a battagliare su cosa sarebbe meglio.

Ecco allora un’innovazione che arriva dall’Università della California di San Diego e rappresenta un approccio radicalmente nuovo nel mondo dei batteri mangia plastica, cioè quei microrganismi in grado di utilizzare le macromolecole di plastica come fonte di cibo e di energia.

A San Diego non hanno perfezionato nuovi batteri, bensì delle spore che vengono introdotte nella plastica addirittura quando questa viene prodotta, restano dormienti per tutto il tempo necessario e si attivano eliminandola, quando richiesto.

Questa strategia ha due grandi benefici.

Il primo, per quando paradossale possa sembrare, è che migliora le caratteristiche della plastica stessa. Insieme alle spore, diventa più robusta ed allunga la sua vita utile.

Il secondo è che consente alla plastica di auto distruggersi. Quando lo vogliamo noi. Quando la plastica viene esposta a un ambiente favorevole, ad esempio un cumulo di compost, le spore si attivano e germinano, liberando i batteri. Questi batteri iniziano quindi a produrre enzimi speciali che scindono le lunghe catene molecolari della plastica in frammenti più piccoli che possono essere assorbiti e utilizzati come nutrienti.

Il processo di decomposizione della plastica da parte dei batteri è lento e può richiedere mesi o addirittura anni. La temperatura, l’umidità e la disponibilità di nutrienti influenzano la velocità di degradazione della plastica da parte dei batteri. È vero ci vuole tempo, tuttavia, le spore rappresentano una potenziale soluzione promettente per l’inquinamento, soprattutto per quei rifiuti che finiscono nelle discariche o nell’ambiente naturale.

Circa il 93% degli oltre 300 milioni di tonnellate di plastica prodotti ogni anno a livello globale finisce ancora nell’ambiente. Secondo WWF Italia, nel solo Mediterraneo ci finiscono ogni anno 570.000 tonnellate.

La più grande “discarica” di plastica del mondo è la Great Pacific Garbage Patch, un’area galleggiante nel Pacifico, grande tre volte la Francia. Contiene, si stima, circa 80 milioni di tonnellate di plastica. La seconda si trova vicino a Dakar in Senegal, e conterrebbe 30 milioni di tonnellate di rifiuti.

Quindi bene che i Governi si attivino, ma i loro tempi solo lenti. Intanto che discutono, le spore di San Diego avrebbero già potuto fare parte del lavoro, mitigare il problema.

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CELLULARI SULLA LUNA

Nokia sta sviluppando il primo sistema di comunicazione cellulare 4G per la Luna. Spesso parliamo della necessità di avere su altri pianeti riparo, cibo, ossigeno ed altre cose che sono fondamentali per la vita: poter comunicare con facilità è comunque un pezzo cruciale della permanenza su un altro pianeta.

Questo progetto, che porterà la connettività di nuova generazione sul nostro satellite naturale, aprirà quindi nuove strade per l’esplorazione spaziale e la futura colonizzazione lunare (e non solo).

Le sfide da affrontare sono tante. Non possiamo certo usare la rete cellulare terrestre a 384.000 km di distanza. I segnali cellulari viaggiano su onde radio, le nostre antenne terresti non hanno neanche lontanamente la potenza per arrivare fin li.

La Luna ha poi un ambiente molto diverso da quello terrestre. Non ha atmosfera, che aiuta a riflettere i segnali radio. Inoltre, la sua superficie è costellata di crateri e montagne che possono ostacolare la propagazione del segnale.

E poi, le radiazioni lunari sono più intense di quelle sulla Terra. Questo potrebbe danneggiare i componenti elettronici e quindi serve una progettazione ad-hoc. E così via.

La prima parte della rete lunare verrà lanciata entro la fine di quest’anno come parte della missione IM-2 di Intuitive Machines. L’obiettivo è quello di connettere un lander lunare con un rover e un veicolo orbitale, testando la fattibilità della tecnologia su diverse distanze.

La rete Nokia offrirà diversi vantaggi rispetto ai sistemi di comunicazione tradizionali utilizzati nello spazio. Prima di tutto, maggiore larghezza di banda. E questo consentirà una comunicazione più veloce e fluida tra gli astronauti e i sistemi robotizzati presenti sulla Luna.

Poi, la comunicazione in tempo reale. Per esempio, la trasmissione di video e dati di telemetria con latenza ridotta; aspetto cruciale per il controllo remoto dei rover e per il supporto alle operazioni lunari.

E questi sono solo i benefici immediati, in attesa di scalare verso il 5G e soluzioni più complesse. La rete 4G lunare è in realtà un investimento per il futuro. L’infrastruttura di comunicazione, infatti, potrà essere condivisa. Non serve che ognuno domani si costruisca la propria rete, diverse missioni e aziende potranno utilizzare la stessa, evitando la duplicazione di infrastrutture e riducendo i costi.

Tuttavia, l’implementazione di una rete cellulare sulla Luna ha sollevato anche alcune preoccupazioni. I radioastronomi temono che la rete possa generare radiofrequenze interferenti (RFI) che disturbano le osservazioni radio. Altri invece temono per la potenziale contaminazione del fragile ecosistema lunare. Tutti temi corretti che richiedono un impegno progettuale nella giusta direzione.

La rete 4G lunare rappresenta un passo fondamentale verso un futuro in cui la Luna non sarà più un luogo remoto e inaccessibile, ma un avamposto per l’esplorazione spaziale e un potenziale trampolino di lancio per future missioni verso Marte.

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MICROONDE INVERSO

Vi sarà capitato di voler bere una bella birra fresca e scoprire di non averla messa in frigorifero per tempo. Oppure che l’ottimo vino bianco che volate stappare per pranzo sia rimasto in dispensa e quindi sia ancora caldo.

Se per riscaldare un cibo ci vuole poco, basta metterlo nel microonde, per raffreddarlo in fretta, al contrario, le tecnologie ad uso domestico sono quasi assenti. È qui che entra in campo un prodotto, chiamato non a caso “microonde inverso” che svolge esattamente questo compito.

Utilizza un principio fisico, chiamato effetto Peltier. L’effetto Peltier si verifica quando l’elettricità viene fatta passare attraverso due metalli dissimili uniti insieme. Questo crea una differenza di temperatura, con un lato che diventa più freddo mentre l’altro diventa più caldo. In un forno a microonde inverso, il lato freddo è rivolto verso l’interno dove è posizionato il cibo o la bevanda.

Quando l’elettricità fluisce, preleva calore dall’interno e lo trasferisce al lato caldo all’esterno del dispositivo. Potenti ventole dissipano quindi l’accumulo di calore all’esterno, mentre l’interno continua a raffreddarsi. Alcuni modelli utilizzano anche gas compressi come la CO2 per accelerare ulteriormente il processo di raffreddamento attraverso un effetto evaporativo. Ma anche senza questo “plus” (discutibile dal punto di vista ambientale), il tutto avviene comunque molto rapidamente: un microonde inverso raffredda una birra o una bibita in lattina in un minuto ed una bottiglia di vino o di champagne in poco di più.

Bene, ma dove lo trovo? È stato messo in vendita negli USA. Ne sentivamo parlare dal CES del 2020, quando i primi prototipi avevano consentito alla startup Juno di raccogliere alcune centinaia di migliaia di dollari in una campagna di crowdfunding su Kickstarter. Io sono andato a cercarlo in rete, ma non sono ancora riuscito a trovarlo, non vi so quindi indicare il prezzo. Probabilmente la diffusione è ancora di nicchia, ne sapremo di più in futuro.

La cosa interessante è che il processo avrebbe consumi irrisori e sarebbe completamente pulito, quindi senza emissioni, almeno nelle versioni senza gas compressi che accelerano il raffreddamento.

Questo aspetto non è trascurabile. Alcuni prodotti siamo praticamente obbligati a tenerli in frigorifero, altrimenti a temperatura ambiente andrebbero a male, basta pensare al latte. Però ce ne sono molti altri che mettiamo in frigorifero, facendo funzionare quell’apparecchio 24 ore al giorno, e una lattina magari resta li dentro per molto tempo prima di essere aperta. Pensate a questo spunto applicato ai minibar degli alberghi, che restano in funzione anche quando la camera è vuota. O a frigoriferi che vengono realizzati per produrre il ghiaccio o raffreddare l’acqua basandosi su principi non proprio virtuosi dal punto di vista ambientale.

Senza contare altre applicazioni, magari meno domestiche: raffreddare pietanze e bibite per i catering, che eviterebbero di trasportare prodotti da mantenere freddi durante il tragitto, o la preparazione di alcuni pasti in ospedale o in contesti dove riscaldare e raffreddare può essere scomodo. Ci sono inoltre medicinali che devono essere somministrati a determinate temperature. E così via.

Insomma, se all’inizio pensavate che fosse solo l’ennesimo elettrodomestico un po’ frivolo, in realtà potrebbe fare cose decisamente più interessanti che rinfrescare la vostra birra.

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DIGITAL TWIN DEL CUORE

Come ogni fenomeno naturale, il funzionamento del nostro cuore può essere replicato accuratamente con modelli matematici. Si stima, però, che un uomo impiegherebbe circa 57 miliardi di anni per fare i calcoli in grado di replicare il battito di un cuore umano. Un supercomputer che si trova a Barcellona ci riesce invece in appena 9 ore.

I tecnici, lavorando insieme con specialisti medici, sono in grado di ricostruire in digitale le caratteristiche esatte di un cuore umano. E non di un cuore qualsiasi, di uno generico, ma quello di ciascun paziente reale, quindi di una persona in carne ed ossa. Diversa, per definizione, da tutte le altre.

Equazioni in grado di spiegare come il cuore batte, la sua fisiologia, le contrazioni meccaniche e l’impatto sui tessuti, come i fluidi ed il sangue si muovono al suo interno e molto altro. In parole povere un “digital twin” di un cuore vero.

Utilizzando i gemelli digitali, i medici possono prevedere la risposta del cuore ai trattamenti, personalizzando le cure e riducendo la necessità di sperimentazioni cliniche e test su animali. Il tutto ovviamente molto più velocemente ed a costi largamente inferiori di quelli necessari se dovessero sottoporre a test gruppi di umani.

Inoltre, dobbiamo anche pensare che il cuore non è un organo statico, cambia nel tempo. Si modifica come conseguenza di molti fattori, dallo stile di vita alle nostre predisposizioni genetiche. Poter osservare digital twin, scattati come fotografie, in momenti diversi della vita di uno stesso individuo potrebbe risultare cruciale anche per la prevenzione e per lo studio degli effetti delle cure nel lungo periodo. Senza che il “lungo periodo” debba trascorrere realmente.

Il progetto potrebbe avere impatti radicali. Potrebbe cambiare il futuro dell’assistenza sanitaria e fornire una migliore comprensione della salute cardiaca. Circa 26 milioni di persone nel mondo soffrono di insufficienza cardiaca, una condizione che impedisce al cuore di pompare sangue sufficiente nel corpo, causando affaticamento, difficoltà respiratorie e altri sintomi. E questa è una sola tra le tante disfunzioni che possono colpire questo nostro organo vitale.

Posso solo immaginare i benefici che i digital twin potrebbero offrire anche alla stampa 3D di cuori personalizzati, in sostituzione di quelli danneggiati.

Insomma, i campi sono molteplici. Ho spesso detto che l’evoluzione umana viaggia abbastanza in parallelo con il progresso della capacità computazionale. E questo esempio ne è una bellissima conferma.


VIDEO


APPROFONDIMENTI

Bacterial enzyme strips away blood types to create universal donor blood (newatlas.com)

Plastic-eating bacteria can help waste self-destruct (bbc.com)

Private moon lander will carry Nokia’s 4G cell network to the lunar surface this year | Space

The first reverse microwave in the U.S.: you can have it at home to save energy while cooking – ECONews (ecoticias.com)

Could there soon be digital copies of your heart? (bbc.com)


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