Un nuovo tipo di impianto disseminato di cellule muscolari potrebbe contribuire a meglio integrare protesi e corpo umano, offrendo a coloro che hanno subito un’amputazione un maggior controllo delle proprie appendici robotiche.
Il dispositivo, ideato alla Università del Michigan, consiste di piccolo coppe, prodotte con un polimero capace di condurre elettricità, che si applica alle estremità nervose e attrae i nervi recisi. I segnali elettrici provenienti dai nervi vengono tradotti e utilizzati per muovere l’arto.
«Si direbbe una maniera elegante di controllare con precisione il movimento di una protesi», afferma  Rutledge Ellis-Behnke, scienziata del MIT che non ha partecipato alla ricerca. «Piuttosto che avere un grosso pezzo di plastica insensibile legato al braccio, ci si avvarrebbe di uno strumento integrato che dia l’impressione di far parte del proprio corpo».
Oggi, il movimento delle protesi è faticoso e limitato. Gli arti vengono controllati da movimenti consapevoli della muscolatura rimanente: chi ha la protesi può per esempio muovere un braccio nella direzione desiderata flettendo la muscolatura del torace. Connettere le terminazioni nervose sopravvissute direttamente all’arto artificiale offrirebbe la possibilità di un controllo più intuitivo. I tentativi volti a costruire interfacce per nervi periferici sono in gran parte ostacolati dalla crescita di tessuto cicatriziale, che limita l’utilità e la resistenza nel tempo dei dispositivi impiantati.
Il metodo a oggi di maggiore successo nel controllo delle protesi è una procedura chirurgica che prevede il trapianto nel torace dei nervi precedentemente connessi alla muscolatura del braccio e della mano. Quando chi ha la protesi pensa di muovere la mano in questione, i muscoli del torace si contraggono e questi segnali vengono utilizzati per controllare l’arto. Per quanto rappresenti un netto miglioramento sui metodi precedenti, questo approccio offre ancora un controllo limitato dell’arto, in quanto non più di cinque nervi possono venire impiantati nel torace.
Le nuove interfacce sviluppate dal chirurgo plastico  Paul Cederna  e dai suoi colleghi derivano da questo concetto, prendendo di mira cellule muscolari trapiantate piuttosto che la muscolatura inattiva. Una volta reciso un arto, i nervi a esso precedentemente connessi continuano a crescere, alla ricerca di un muscolo a cui connettersi (Questo processo biologico può a volte creare dolorosi intrecci di tessuto nervoso, chiamati neuromi, all’estremità dell’arto reciso).
«Il nervo trasmette senza posa messaggi alla mano lungo il proprio percorso, anche quando la mano non c’è», spiega Cederna. «Possiamo interpretare questi segnali e utilizzarli per far funzionare una protesi».
L’interfaccia consiste di una piccola struttura a forma di coppa del diametro approssimativo di un decimo di millimetro, che viene trapiantata chirurgicamente alla terminazione del nervo, da dove trasmette segnali motori e sensitivi dal nervo alla protesi.
All’interno della coppetta si trova un’impalcatura di tessuti biologici disseminati di cellule muscolari; poiché i nervi motori e sensitivi si connettono alla muscolatura sui tessuti sani, le cellule muscolari rappresentano un bersaglio naturale per le terminazioni nervose vaganti.
Il nervo reciso cresce all’interno della coppetta e si connette alle cellule, trasmettendo i segnali elettrici ricevuti dal cervello. Essendo rivestita di un polimero elettricamente attivo, la coppetta agisce come un cavo che raccoglie segnali elettrici e li trasmette a un arto robotico. Il gruppo di Cederna non ha prodotto protesi, ma sostiene che i segnali potrebbero essere trasmessi utilizzando l’esistente tecnologia wireless.
A oggi, gli scienziati hanno testato le interfacce su roditori con una terminazione nervosa periferica recisa e hanno dimostrato come il nervo cresca all’interno della coppetta andando a connettersi con le cellule muscolari. «Se si riesce a mantenere intatta la terminazione del nervo nella zona in oggetto, si è realizzato un progresso importante», dice Ellis-Behnke. I nervi dei ratti sono circa della medesima misura di quelli che sarebbero coinvolti nell’applicazione sugli umani. La ricerca è stata di recente presentata a una conferenza dell’ American College of Surgeons a Chicago.
Il dispositivo è anche in grado di restituire la percezione di sensazioni lungo i nervi sensori, relativamente a calore, pressione e altre informazioni comunemente inviate dalla pelle al cervello. Come i nervi motori, i nervi sensori si connettono alle cellule muscolari raccolte all’interno della coppetta. In test eseguiti su roditori, gli scienziati hanno incapsulato due nervi, uno motorio e uno sensorio, per animale. Anche se il ratto non era dotato di protesi, gli scienziati hanno dimostrato come l’impianto sia in grado di operare da ponte sul nervo reciso, trasmettendo messaggi neuronali; la sollecitazione della zampa del ratto scatenava la reazione delle cellule muscolari all’interno dell’impianto.
La capacità percettiva è una carenza fondamentale nelle protesi di oggi; le risposte tattili alla pressione o alla temperatura sono fondamentali quando si voglia prendere in mano un uovo o una pentola bollente. In futuro, le protesi potrebbero essere equipaggiate con sensori di pressione o temperatura capaci di trasmettere le informazioni relative alle cellule muscolari dell’interfaccia, permettendone una trasmissione fino al cervello.
La ricerca è ancora ai primi stadi e ci sono molte domande ancora senza risposta. «Non sappiamo ancora quanto tempo sia necessario alle connessioni per divenire funzionali e ignoriamo le loro capacità di resistenza, ma gli sviluppi potenziali sono molto interessanti», afferma  Joseph Pancrazio, direttore del National Institute for Neurological Disorders and Stroke, che non ha partecipato alla ricerca. La ricerca è finanziata dal Dipartimento della Difesa statunitense.
Uno dei maggiori problemi da affrontare nel caso di impianti neuronali è la stabilità del dispositivo, poiché gli elettrodi impiantati tendono a venire ricoperti di tessuto fibroso cicatriziale per poi cessare di operare. Per ora, durante i sei mesi di studio delle interfacce applicate su ratti, non si sono manifestati segni di questo problema.
Pur non capendo precisamente perché ciò avvenga, gli scienziati ipotizzano che le coppette proteggano gli impianti dalle reazioni infiammatorie che producono la cicatrizzazione, o che l’aver fornito alle cellule nervose un obiettivo possa attutire del tutto queste reazioni, ricreando un ambiente normale per il nervo reciso. I ricercatori stanno monitorando gli impianti quotidianamente per determinarne la resistenza nel tempo.
Una scoperta iniziale particolarmente promettente è stata che i tessuti circostanti l’interfaccia sviluppano nuove vene per andare a nutrire le cellule muscolari trapiantate, provvedendo al loro fabbisogno nutritivo. Non è ancora chiaro quante coppette saranno necessarie ai pazienti per avere un adeguato controllo di un arto artificiale sofisticato.
Chi, per esempio, avesse perso il braccio all’altezza della spalla, necessiterebbe di un numero sufficiente di coppette nervose per flettere ed estendere il gomito, il polso e le dita, oltre che di quelle necessarie per i nervi sensori. «L’unico limite», secondo Cederna, «è il livello di perfezione che possono raggiungere le protesi».