La stimolazione cerebrale profonda comporta l’impianto chirurgico di elettrodi nelle aree del cervello deputate al controllo dei movimenti per produrre impulsi elettrici che controllino i movimenti anomali. Sfortunatamente, i materiali attualmente utilizzati per gli impianti sono limitati dal fatto che possono creare delle problematiche quando il paziente richiede un’ulteriore valutazione medica tramite una risonanza magnetica. Un elettrodo metallico potrebbe infatti reagire ai campi magnetici generando calore e danneggiando il cervello. Per questo motivo si è avvertita la necessità di ricorrere ad un materiale alternativo per le protesi cerebrali.

Gli ingegneri della San Diego State University (SDSU) e del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hanno trovato finalmente una risposta a questa esigenza, realizzando un elettrodo in carbonio vetroso compatibile con la risonanza magnetica e più durevole rispetto ai fratelli metallici.

Di cosa si tratta?

elettrodi cerebrali
Elettrodi cerebrali in carbonio vetroso. Credits: Ryan Schuler/SDSU

Fino ad ora, gli elettrodi sono stati realizzati con un film sottile di platino o ossido di iridio. Secondo SDSU, tali elettrodi a base di metallo possono emettere calore e interferire con le immagini MRI creando dei punti luminosi che potrebbero compromettere l’esame diagnostico. Inoltre, il campo magnetico potrebbe magnetizzare gli elettrodi che inizierebbero a muoversi o vibrare causando disagio al paziente.

Sviluppata per la prima volta nel 2017 nel laboratorio MEMS del ricercatore Sam Kassegne presso la  SDSU, la versione in carbonio è progettata per durare più a lungo nel cervello senza corrodersi o deteriorarsi ed emettere e ricevere segnali più forti.

I vantaggi degli elettrodi in carbonio vetroso

Nel 2018, i ricercatori hanno dimostrato che mentre gli elettrodi metallici si degradano dopo 100 milioni di cicli di impulsi elettrici ad esso applicati, il materiale vetroso in carbonio permette agli elettrodi di sopravvivere a 3,5 miliardi di cicli.

I nostri test di laboratorio dimostrano che, a differenza dell’elettrodo metallico, l’elettrodo di carbonio vetroso non viene magnetizzato dalla risonanza magnetica, quindi non irrita il cervello del paziente

Spiega Surabhi Nimbalkar, primo autore dello studio.

Inoltre, gli elettrodi in carbonio vetroso sono in grado di leggere segnali chimici ed elettrici dal cervello, mentre gli elettrodi a base metallica possono leggere solo segnali elettrici, risultando così multimodali e compatibili con la risonanza magnetica. Il carbonio, inoltre, provoca una distorsione minore del segnale, permettendo di avere una diagnostica più accurata. Questo è dovuto al fatto che il carbonio presenta meno correnti indotte dal campo magnetico. Quest’ultimo non eserciterà quindi alcuna forza sull’elettrodo stesso, il che è un grande vantaggio considerando che il dispositivo è incorporato nel tessuto molle del cervello.

 

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