I kirigami giapponesi diventano fonte d’ispirazione per un impianto uditivo

I ricercatori dell’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) del Laboratory for Soft BioElectronic Interface (LSBI) hanno dato il via allo sviluppo di un innovativo impianto uditivo in grado di adattarsi perfettamente alla conformazione del tronco uditivo. Per realizzare il dispositivo, i ricercatori hanno tratto ispirazione da una tradizionale tecnica giapponese di intaglio e piegatura della carta chiamata kirigami.

Questo dispositivo potrebbe sostituire gli impianti uditivi al tronco encefalico attualmente in commercio, che presentano una serie di limitazioni.

Le soluzioni attuali per recuperare l’udito

Al giorno d’oggi i disturbi dell’udito possono essere trattati con impianti cocleari. Tuttavia, questi dispositivi non risultano ottimali nel caso in cui il paziente abbia subito un danneggiamento della parte interna dell’orecchio o il cui nervo uditivo non funziona correttamente.

Affinché questi pazienti possano recuperare il loro senso dell’udito, i segnali elettrici devono essere inviati direttamente al tronco uditivo. I dispositivi neuroprostetici utilizzati a tale scopo sono gli impianti uditivi al tronco encefalico o ABI, ovvero piccoli dispositivi posizionati chirurgicamente che bypassano il nervo uditivo danneggiato, arrivando direttamente al tronco encefalico per simulare il suono.

Gli ABI presentano un design e un funzionamento simile agli impianti cocleari, dai quali differiscono tuttavia per l’array di elettrodi di stimolazione. Gli elettrodi non sono infatti disposti linearmente, ma sono distribuiti su un piano costituito da un sottile foglio di silicone dalle dimensioni di alcuni millimetri.

Superare i limiti

Gli ABI attualmente in commercio sono tuttavia limitati dalla loro struttura rigida, che non permette loro di adattarsi alla curvatura del tronco uditivo. Inoltre, spesso, i pazienti che utilizzano questi dispositivi riescono a recuperare solamente la capacità di percepire i suoni.

Per risolvere questo problema, il team di Stéphanie Lacour del Laboratory for Soft BioElectronic Interface (LSBI) dell’EPFL ha lavorato con i clinici della Harvard Medical School e del Massachusetts Eye and Ear per sviluppare un’ interfaccia elettronica che  fosse talmente elastica e flessibile da adattarsi perfettamente alla superficie curva del tronco uditivo ed inviare segnali elettrici altamente mirati.

Il kirigami: una fonte d’ispirazione per le micro-strutture

Il nuovo impianto è costituito da un’arrey di elettrodi in platino racchiuso in una struttura in silicone.

Ci siamo concentrati sul platino perché è già ampiamente utilizzato in contesti clinici

Afferma Nicolas Vachicouras, della School of Engineering dell’EPFL e primo autore dell’articolo, pubblicato su Science Translational Medicine.

Sfortunatamente, il platino è un metallo rigido che non può essere distorto senza essere danneggiato. I ricercatori hanno superato questo ostacolo ispirandosi alla tradizionale tecnica giapponese di intaglio e piegatura della carta chiamata kirigami. 

Questa tecnica viene spesso utilizzata da fisici e ingegneri per la progettazione di micro e macro strutture. Nel caso in esame, gli scienziati hanno lavorato il metallo su scala micrometrica, sfruttando tecniche comunemente utilizzate nella microfabbricazione dei circuiti integrati. Il risultato ottenuto è un sistema di elettrodi molto conforme e altamente conduttivo.

Un prototipo del dispositivo in dimensioni ridotte è stato testato con successo nei topi. Ora l’impianto è stato prodotto in una dimensione adatta all’uso umano e in una forma compatibile con le attuali tecniche chirurgiche.