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Un impianto pieghevole tocca il sistema nervoso senza danneggiarlo
La medicina in questi giorni intrattiene tutti i tipi di piani ambiziosi per leggere i segnali cerebrali per controllare le sedie a rotelle o utilizzare l'elettronica per aggirare le lesioni spinali. Ma la maggior parte di queste idee per impianti che possono interfacciarsi con il sistema nervoso si scontrano con un problema di materiali di base: i fili sono rigidi e i corpi sono morbidi.
Un impianto in silicone e fili d'oro è elastico come un tessuto umano.
Ciò ha motivato alcuni ricercatori dell'École Polytechnique Fédérale, a Losanna, in Svizzera, a progettare un impianto elettronico morbido e flessibile, che secondo loro ha la stessa capacità di piegarsi e allungarsi della dura madre, la membrana che circonda il cervello e il midollo spinale.
Gli scienziati, tra cui Gregorio Courtine , hanno precedentemente dimostrato che gli impianti possono consentire ai topi con lesioni spinali di camminare di nuovo. Lo hanno fatto inviando schemi di scosse elettriche al midollo spinale tramite elettrodi posizionati all'interno della colonna vertebrale (vedi Ratti paralizzati prendono 1.000 passi, orchestrati dal computer). Ma i fili rigidi hanno finito per danneggiare il sistema nervoso dei topi.
Così Courtine è entrata a far parte dell'ingegnere elettrico Stefania Lacor (vedi Innovators Under 35, 2006: Stéphanie Lacour ) per inventare un nuovo impianto che chiamano e-dura. È realizzato in morbido silicone, fili d'oro elastici ed elettrodi gommosi macchiati di platino, nonché un microcanale attraverso il quale i ricercatori sono stati in grado di pompare farmaci.
Il lavoro si basa sui continui progressi nell'elettronica flessibile. Altri scienziati hanno costruito patch che corrispondono alle proprietà della pelle e includono circuiti, sensori o persino radio (vedi Stick-On Electronic Tattoos).
La novità è il modo in cui l'elettronica estensibile si sta fondendo con uno sforzo sempre più ampio per inventare nuovi modi per inviare e ricevere segnali dai nervi (vedi Neuroscience's New Toolbox). Le persone stanno spingendo i limiti perché tutti vogliono interagire con precisione con il cervello e il sistema nervoso, afferma Polina Anikeeva, una scienziata dei materiali al MIT che sviluppa fili di fibre ottiche ultrasottili come un modo diverso di interfacciarsi con il tessuto neurale.
Il motivo per cui gli elettrodi di metallo o plastica alla fine causano danni o smettono di funzionare è che causano compressione e danni ai tessuti. Un impianto rigido, anche se molto sottile, non si allungherà comunque come fa il midollo spinale. Scivola contro il tessuto e provoca molte infiammazioni, dice Lacour. Quando ti pieghi per allacciarti i lacci delle scarpe, il midollo spinale si allunga di diversi punti percentuali.
L'impianto imita una proprietà del tessuto umano chiamata viscoelasticità, da qualche parte tra la gomma e un fluido molto denso. Pizzica la pelle della mano con forza e si deformerà, ma poi tornerà al suo posto.
Utilizzando l'impianto flessibile, gli scienziati svizzeri hanno riferito oggi sulla rivista Scienza che potrebbero superare la lesione spinale nei ratti avvolgendolo attorno al midollo spinale e inviando segnali elettrici per far muovere le zampe posteriori del roditore. Hanno anche pompato sostanze chimiche per migliorare il processo. Dopo due mesi, hanno visto pochi segni di danno tissutale rispetto agli elettrodi convenzionali, che hanno finito per causare una reazione immunitaria e compromettere la capacità dell'animale di muoversi.
L'obiettivo finale di questo tipo di ricerca è un impianto che possa ripristinare la capacità di camminare di una persona paralizzata. Lacour dice che è ancora lontano, ma crede che probabilmente riguarderà l'elettronica morbida. Se vuoi una terapia per i pazienti, vuoi assicurarti che possa durare nel corpo, dice. Se riusciamo a far corrispondere le proprietà del tessuto neurale, dovremmo avere un'interfaccia migliore.