Alcuni ricercatori svizzeri hanno permesso ai topi di tornare a camminare con un impianto elettronico elastico.
di Antonio Regalado
Un impianto in silicone con cavi d’oro è elastico quanto un tessuto umano.
Di questi tempi, la medicina è costellata di ambiziosi progetti che vanno dalla lettura dei segnali cerebrali per il controllo delle sedie a rotelle all’utilizzo dell’elettronica per bypassare danni alla spina dorsale. Gran parte di queste idee per impianti capaci di interagire con il sistema nervoso incorre però in semplici problemi attribuibili ai materiali: i cavi sono rigidi mentre i corpi sono morbidi.
Questo problema ha portato alcuni ricercatori della école Polytechnique Fédérale di Losanna, in Svizzera, a progettare impianti elettronici soffici e flessibili che, a detta loro, hanno la stessa capacità di piegarsi ed estendersi della dura madre, la membrana che circonda il cervello e il midollo spinale.
Gli scienziati, fra cui Gregoire Courtine, avevano già dimostrato in precedenza che gli impianti potevano permettere a topi colpiti da lesioni spinali di tornare a camminare. Per riuscirvi, i ricercatori hanno disposto una serie di scosse al midollo spinale attraverso degli elettrodi posti all’interno della spina dorsale (vedi “Paralyzed Rats Take 1,000 Steps, Orchestrated by Computer“).
In quell’esperimento, però, i cavi rigidi avevano finito per danneggiare i sistemi nervosi dei topi.
Per questo motivo, Courtine ha collaborato con l’ingegnere elettrico Stéphanie Lacour (vedi “Innovators Under 35, 2006: Stéphanie Lacour“) per escogitare un nuovo impianto che hanno chiamato “e-dura”. Questo impianto è formato da morbido silicone, cavi elastici in oro ed elettrodi gommosi puntinati nel platino, oltre ad un microcanale attraverso il quale i ricercatori possono pompare farmaci.
Il lavoro si basa su progressi in corso nel campo dell’elettronica flessibile. Altri scienziati hanno realizzato bende che riflettono le proprietà della pelle ed includono circuiti, sensori, o persino radio (vedi “Stick-On Electronic Tattoos” e “Se bastano un tatuaggio e un iPhone per monitorare i livelli di sodio e glucosio nel sangue“).
La novità sta nel modo in cui questa elettronica elastica si sta unendo a uno sforzo più esteso che mira a inventare nuovi metodi per inviare e ricevere segnali dai nervi (vedi “Neuroscience’s New Toolbox“). “Le persone stanno forzando i limiti perché tutti vogliono interagire precisamente con il cervello e il sistema nervoso”, ha detto Paolina Anikeeva, una scienziata dei materiali presso il MIT che sviluppa trame ultrasottili di fibra ottica come sistema alternativo per interagire con il tessuto neurale.
Il motivo per cui gli elettrodi in plastica o metallo provocano danni, o smettono di funzionare, sta nella compressione e nei danni che provocano ai tessuti. Un impianto rigido, anche se molto sottile, continuerà a non estendersi al pari della colonna vertebrale. “Scorre lungo il tessuto e provoca gravi infiammazioni”, spiega Lacour. “Quando vi piegate in avanti per allacciarvi le scarpe, il midollo spinale si allunga di diversi punti percentuale”
Il nuovo impianto imita la proprietà del tessuto umano conosciuta come viscoelasticità – una via di mezzo fra la gomma e un fluido molto denso. Se strizzate con forza la pelle della mano, questa si deformerà, per poi ritornare al suo posto una volta lasciata la presa.
Utilizzando impianti flessibili, gli scienziati svizzeri hanno recentemente segnalato sul giornale Science di essere riusciti a evitare lesioni al midollo spinale di alcuni conigli avvolgendo il midollo spinale ed inviando segnali elettrici per farne muovere le zampe posteriori. I ricercatori sono anche riusciti a pompare sostanze chimiche pensate per migliorare il processo. Dopo due mesi, il team avrebbe riscontrato molti meno danni al tessuto rispetto a quelli provocati dagli elettrodi convenzionali che, solitamente, provocano una reazione immunitaria e impediscono all’animale di muoversi.
L’obiettivo finale di questo genere di ricerca consiste nella realizzazione di un impianto che possa ridare a una persona paralizzata la possibilità di camminare. Lacour spiega che questa ricerca è ancora lontana dal raggiungere un simile traguardo, ma ritiene che, probabilmente, l’elettronica flessibile sarà un elemento fondamentale. “Se vogliamo sviluppare una terapia per i pazienti, è necessario assicurarci che questa sia in grado di durare all’interno del corpo”, dice. “Se saremo in grado di far combaciare le proprietà di questi innesti con quelle del tessuto neurale, probabilmente finiremo con l’avere un’interfaccia migliore”.
(MO)
