Dal MIT nano-fibre elastiche per gli impianti neurali

Nano-fibre gommose in grado di trasportare simultaneamente impulsi ottici e di creare connessioni elettriche per rimediare a danni alla spina dorsale: questa la nuova frontiera per gli impianti neurali creata al MIT, grazie al lavoro della studentessa laureanda Chi (Alice) Lu and Seongjun Park, affiancata dalla Professoressa Polina Anikeeva, in collaborazione con l’Università di Washington e la Oxford University. La ricerca è stata pubblicata nella nota rivista scientifica Science Advance.

L’obiettivo era creare interfacce multimodali, ossia dispositivi in grado di consentire una miglior interazione uomo-macchina, basandosi su una sorta di antropormofizzazione del computer e una comunicazione che coinvolgesse più sensi.

Nano-fibre elastiche

Se da una parte le ricerche sui neuroni cerebrali e la conseguente realizzazione di dispositivi impiantabili nel cervello son stati più diffusi, nonché utili agli scienziati per capirne meglio il funzionamento, dall’altra studi sui nervi spinali sono stati decisamente più difficili da svolgere. La principale causa va ricercata nella sostanziale differenza tra cervello e spina dorsale: la seconda è, infatti, soggetta a movimenti, come flessione ed allungamento, mentre il cervello rimane sostanzialmente statico.
I dispositivi finalizzati all’impianto neurale, dunque, devono possedere caratteristiche meccaniche simili a quella naturale, permettendo così al paziente di potersi muovere liberamente. Pertanto, il modulo elastico delle nano-fibre in questione è stato pensato in funzione di quello del tessuto nervoso, non solo per un miglior adattamento, ma anche per resistere a torsioni o a flessioni della spina dorsale, pur mantenendo la capacità conduttiva. Inoltre, la registrazione elettrofisiologia viene realizzata integrando elettrodi conduttivi all’interno delle fibre.

Il team di ricerca ha realizzato le nano-fibre combinando un elastomero trasparente di nuova generazione, rivestito da un sottile strato di nano-maglie argentate, conferendo così non solo elasticità, ma anche conducibilità per i segnali elettrici. Ciò attribuisce alle fibre proprietà sia meccaniche che ottiche allo stesso tempo, reso possibile mediante la sostituzione delle classiche fibre rigide in silica con quelle flessibili di base polimerica, prevalentemente PMMA (polimetilmetacrilato).
Per poterlo lavorare, l’elastomero è stato rivestito da un polimero, inserito poi in una fibra rivelatasi estremamente elastica e flessibile; in seguito al processo di modellamento, il rivestimento viene sciolto.
Ciò che rimane in seguito al processo sono nano-fili completamente trasparenti, conduttivi e flessibili, nonché estensibili: possono infatti allungarsi fino al 20-30% della loro lunghezza “a riposo”, senza alterare le proprie proprietà. Per questo motivo, al momento, potrebbero anche essere impiegate come fili di sutura.

“Volevo creare delle interfacce multimodali, con proprietà meccaniche compatibili con i tessuti nervosi e per di più che potessero permettere la stimolazione e la registrazione neurale” spiega la studentessa. “L’obiettivo” aggiunge la Professoressa Anikeeva “è di mimare la morbidezza e l’elasticità del midollo spinale. Un giorno potremo usare questi dispositivi per rimediare a lesioni al midollo spinale, ma prima di tutto vanno ricercate biocompatibilità dei materiali e condizioni di totale sicurezza”.

“Siamo i primi a sviluppare un dispositivo che consenta il trasporto di impulsi elettrici in contemporanea ad una stimolazione ottica e siamo riusciti a testarlo nei topi, aspetto decisamente innovativo in quanto solitamente vengono utilizzati animali più grandi per via delle dimensioni dei fili per lo stimolo e la registrazione delle informazioni” spiega la studentessa “speriamo dunque che il nostro lavoro possa aprire nuovi scenari per la ricerca nelle neuroscienze”. 

Secondo i ricercatori stessi, i risultati derivati dallo studio suggeriscono che, in un futuro, questo tipo di fibre ottiche potrà non solo consentire il monitoraggio dell’attività neuronale, ma anche aiutare il recupero da lesioni a livello spinale.