Una piattaforma “nerve-on-a-chip” per neuroprotesi più efficaci

Le neuroprotesi sono dispositivi artificiali in grado di sostituire o migliorare specifiche funzioni del sistema nervoso. Tipicamente nei pazienti vengono impiantati solo una dozzina di elettrodi, ma questo tipo di interfaccia spesso non ha la risoluzione necessaria per imitare i complessi schemi di scambio di informazioni che avvengono nel sistema nervoso del paziente. Ora, un team di ricercatori della School of Engineering dell’ Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ha sviluppato una piattaforma “nerve-on-a-chip” in grado di stimolare e registrare il segnale di fibre nervose espiantate, proprio come farebbe una neuroprotesi impiantata.

Un sistema di questo tipo potrebbe portare allo sviluppo di impianti neuroprostetici più efficaci di quelli attuali. La ricerca è stata pubblicata in Nature Communications.

Limitazioni delle neuroprotesi

Le neuroprotesi hanno il potenziale per aiutare pazienti con diversi tipi di disabilità: possono ripristinare il senso del tatto negli amputati, aiutare soggetti paralizzati a camminare mediante la stimolazione del midollo spinale e persino mettere a tacere l’attività nervosa delle persone che soffrono di dolore cronico. Perchè il trattamento sia efficace è  fondamentale stimolare i nervi nel posto giusto e al momento giusto. Tuttavia, attualmente, la realizzazione di neuroprotesi efficaci è ostacolata dall’incapacità degli impianti di registrare con precisione l’attività neurale.

I nervi periferici sono infatti costituiti da tessuti neurali anisotropi ed eterogenei, si diffondono in tutto il corpo e variano in modo significativo in diametro. All’interno di ciascun nervo vi sono centinaia di migliaia di assoni, che variano in diametro, grado di mielinizzazione, velocità di propagazione del segnale e direzione di propagazione. Inoltre, la capacità di differenziare le fibre e misurare le potenziali interruzioni nella conduzione del segnale è limitata dalla necessità di trovare un compromesso tra invasività e selettività dell’impianto. Per tali motivi, monitorare l’attività neurale in un nervo periferico è una missione decisamente complessa.

Replicare e migliorare il funzionamento delle neuroprotesi

Per ovviare al problema, il team del EPFL guidato da Stéphanie Lacour ha sviluppato un sistema in grado di stimolare e rilevare l’attività delle fibre nervose espiantate dal corpo come farebbe un impianto neurale. Il sistema, denominato dai ricercatori “nerve-on-a-chip”, è costituito da minuscoli microcanali all’interno dei quali gli elettrodi e le fibre nervose imitano la funzionalità dei tessuti nervosi.

Gli scienziati hanno testato la loro piattaforma su fibre nervose espiantate dai midolli spinali dei ratti, provando varie strategie per stimolare e inibire l’attività neurale. 

Il dispositivo è in grado di registrare rapidamente centinaia di risposte nervose con un elevato rapporto segnale/rumore, ma il risultato più sbalorditivo è la sua capacità di registrare l’attività delle singole cellule nervose.