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Fili iniettabili per il fissaggio del cervello
Nuovi trattamenti per le malattie neurologiche potrebbero essere possibili con una rete flessibile in grado di stimolare le singole cellule cerebrali. 13 ottobre 2016
In un laboratorio sotterraneo dell'Università di Harvard, alcuni fili di sottile rete metallica ondeggiano sul fondo di una tazza d'acqua, come in un minuscolo nastro che danza. Le maglie, della lunghezza di un cappuccio di una penna, sono in grado di fare qualcosa di senza precedenti: una volta iniettate nel cervello di un topo vivente, possono stimolare in sicurezza i singoli neuroni e misurare il comportamento delle cellule per più di un anno.
Interfacce cerebrali elettroniche come queste potrebbero un giorno essere cruciali per le persone con malattie neurologiche come il Parkinson. La malattia fa sì che un gruppo di neuroni in un'area del cervello inizi a morire, innescando tremori e tremori incontrollabili. L'invio di scosse elettriche mirate a quest'area può aiutare a rimettere in forma i neuroni viventi e fermare i sintomi del Parkinson.
Questa storia faceva parte del nostro numero di novembre 2016
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Oggi le persone possono sottoporsi a un trattamento elettrico chiamato stimolazione cerebrale profonda. Ma ha grossi limiti. Implica l'impianto di elettrodi rigidi e densi nel cervello. Non è affatto l'ideale in un organo così molle: dopo circa quattro settimane, il tessuto cicatriziale inizia ad accumularsi. L'unico modo per far funzionare gli elettrodi attraverso questo tessuto è continuare ad aumentare la tensione usata per eccitare i neuroni. Questo può essere pericoloso e talvolta è necessario un altro intervento chirurgico per sostituire l'impianto.
Charles Lieber, un chimico di Harvard e pioniere dei nanomateriali, aveva un'idea diversa: un'interfaccia cerebrale conduttiva che rispecchiasse i minimi dettagli del cervello stesso. Proprio come i neuroni si connettono tra loro in una rete che ha spazi aperti dove passano proteine e fluidi, i tratteggi incrociati nell'elettronica pieghevole di Lieber lasciano spazio ai neuroni per adattarsi, piuttosto che essere spinti di lato da un corpo estraneo squadrato. Questo dispositivo offusca efficacemente l'interfaccia tra un sistema vivente e un sistema non vivente, afferma Guosong Hong, un post-dottorato nel laboratorio di Lieber.
La rete estremamente flessibile, costituita da fili d'oro inseriti tra strati di un polimero, si avvolge facilmente in un ago in modo che possa essere iniettato anziché impiantato, evitando un intervento chirurgico più esteso. Parte della rete sporge attraverso il cervello e un buco nel cranio in modo che possa essere collegato a un computer che controlla le scosse elettriche e misura l'attività dei neuroni. Ma alla fine, dice Lieber, i controlli e l'alimentazione potrebbero essere impiantati nel corpo, come avviene nei sistemi odierni per la stimolazione cerebrale profonda.
I ricercatori prevedono che la rete abbia molti usi oltre al Parkinson. Potrebbe aiutare a trattare la depressione e la schizofrenia in modo più preciso rispetto ai farmaci odierni, che inondano l'intero cervello di sostanze chimiche e causano una serie di effetti collaterali.
In primo luogo, però, deve essere testato sugli esseri umani. Il gruppo di Lieber sta collaborando con i medici del Massachusetts General Hospital e presto inizieranno esperimenti su persone con epilessia.
A sinistra: l'elettronica a rete, linee d'oro tra gli strati di un polimero, sono prodotte in lotti su un wafer di silicio.
A destra: questo primo piano della mesh mostra un pad nel mezzo che stimola i neuroni. I pad più piccoli misurano la loro attività.
Il dispositivo è abbastanza flessibile da poter essere iniettato con un ago. La struttura a rete gli impedisce di interrompere troppo i neuroni una volta impiantati.
A sinistra: come dimostrato qui in acqua, la rete è estremamente flessibile una volta nel cervello.
A destra: fuori dal cervello (o dall'acqua), la struttura si affloscia.
Il dispositivo impiantato si collega a un computer, che controlla le scosse elettriche e registra il comportamento dei neuroni.
Una pagina del 2007 del taccuino di Lieber mostra la sua prima concezione della mesh.