Contro il Parkinson e per il trattamento di patologie che richiedono la stimolazione neurale, oggi è stato descritto il meccanismo per eseguirla “wireless”, in maniera non invasiva (senza elettrodi connessi con il paziente) ed eliminando il rischio di tossicità e di allergie, grazie all’utilizzo di nanomateriali.
Frutto della sinergia di un team internazionale, con il coordinamento e con l’apporto fondamentale di un gruppo di giovanissimi scienziati italiani del Centro di MicroBio-Robotica dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) con sede a Pontedera (Pisa) e dell’Istituto di BioRobotica del Sant’Anna di Pisa, lo studio si è concetrato sulla stimolazione “wireless” di cellule neuronali, ottenuta grazie all’impiego di nanoparticelle piezoelettriche, ossia nanomateriali “smart”, in grado di convertire energia meccanica in energia elettrica.
In particolare, le cellule neuronali sono state coltivate in presenza di nanoparticelle di titanato di bario e quindi stimolate con ultrasuoni. La deformazione meccanica impartita alle nanoparticelle dalle onde pressorie ha come conseguenza la generazione di un potenziale elettrico, in grado di eccitare le cellule nervose e, quindi, di eseguire una stimolazione neurale.
Lo studio ha analizzato nel dettaglio il meccanismo che porta alla stimolazione neuronale, individuando i canali della membrana cellulare coinvolti nel fenomeno, dimostrando come la piezoelettricità delle nanoparticelle sia il requisito fondamentale per ottenere l’eccitazione neuronale.
“I nostri risultati– spiega Attilio Marino, dottorando in BioRobotica del Sant’Anna – pongono le basi per un nuovo approccio di stimolazione cellulare, che definiamo ‘wireless’ perché privo di elettrodi e di connessioni elettriche, minimamente invasivo e ‘biocompatibile’, grazie all’assenza di tossicità del titanato di bario ed alla totale sicurezza della stimolazione ultrasonica, peraltro già assai diffusa nella pratica medica. I neuroni vengono così attivati “a distanza”, come se fossero guidati da un telecomando”.
“Le implicazioni di questa scoperta – commenta Gianni Ciofani, team leader del Centro di Micro-BioRobotica dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) a Pontedera – sono molteplici e aprono prospettive interessanti che spaziano dalla neuroprostetica alla medicina rigenerativa.
Una possibile implicazione riguarda il trattamento di patologie in cui è necessaria una stimolazione neurale, come il Parkinson. Altre applicazioni potenziali sono la rigenerazione del nervo periferico e la stimolazione sensoriale, ad esempio la stimolazione del nervo acustico nel caso di alcune tipologie di sordità.
La tecnica – tuttavia – non è ristretta al sistema nervoso ma, in potenza, è sfruttabile anche per stimolare altri tessuti biologici eccitabili come il tessuto cardiaco e il muscolare”.
I risultati sono descritti sulla prestigiosa rivista “ACS Nano”, che ha appena pubblicato il nuovo studio di Attilio Marino, dottorando in BioRobotica del Sant’Anna presso il Centro di Micro-BioRobotica dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), con la supervisione di Gianni Ciofani, team leader presso il medesimo centro.
La ricerca è stata svolta in collaborazione con il laboratorio “Wabios”, sede distaccata a Singapore della Waseda University di Tokyo, con il quale l’Istituto di BioRobotica del Sant’Anna ha avviato da tempo una proficua collaborazione scientifica.
I riferimenti alla pubblicazione sono: Marino A., Arai S., Hou Y., Sinibaldi E., Pellegrino M., Chang Y.T., Mazzolai B., Mattoli V., Suzuki M., Ciofani G. Piezoelectric nanoparticle-assisted wireless neuronal stimulation. ACS Nano, doi 10.1021/acsnano.5b03162
(sa)
