Nanotubi di carbonio utilizzati come ponte per le lesioni spinali

I ricercatori della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) di Trieste, dell’Università di Trieste e del Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales CIC biomaGUNE hanno pubblicato su PNAS – Proceedings of the National Academy of Sciences uno studio che dimostra la potenzialità dei nanotubi di carbonio nella rigenerazione delle cellule nervose. Dopo anni di studi, è stato finalmente possibile testare le proprietà di questi biomateriali in vivo, in particolare nei topi con lesione midollare.

I progressi della ricerca

La collaborazione tra i ricercatori, e in particolare tra Laura Ballerini della SISSA di Trieste e Maurizio Prato dell’Università di Trieste, ha portato nel corso degli anni a numerosi risultati nell’ambito della rigenerazione delle cellule nervose. Già nel 2016 era stata dimostrata non solo la possibilità di riconnettere porzioni di tessuto nervoso grazie a scaffolds a base di nanotubi di carbonio, ma anche la funzionalità di queste connessioni. Studi successivi hanno poi avuto come obiettivo l’indagine dell’interazione tra neuroni e nanotubi: l’integrazione con il materiale sintetico è risultata stabile ed efficace, in quanto quest’ultimo favorisce la formazione di nuove sinapsi fino al raggiungimento di un equilibrio fisiologico, senza influenzare il segnale trasmesso.

Inoltre, è stata approfondita la possibilità di modificare chimicamente queste superfici per poter controllare l’attività neuronale su di esse, nell’ottica di sviluppare dispositivi per il ripristino di tessuti nervosi lesionati. Attraverso questo percorso, durato più di dieci anni, si è finalmente arrivati a dimostrare l’ipotesi di un recupero delle funzionalità motorie tramite l’impianto di nanotubi di carbonio in topi che presentavano lesioni midollari.

Il ruolo dei nanotubi di carbonio nelle lesioni midollari

Nell’ambito delle interfacce rigenerative, la ricerca è proiettata verso lo sviluppo di nanostrutture tridimensionali bioattive che consentano di governare la plasticità e la rigenerazione del tessuto a seguito di una lesione midollare (SCI, spinal-cord injury). Lo studio pubblicato su PNAS si muove in questo settore utilizzando nanotubi di carbonio a parete multipla (MWCNT) ingegnerizzati in scaffolds 3D (3D carbon nanofiber, CNF) da impiantare in animali con lesioni spinali per ricreare un microambiente extracellulare favorevole alla rigenerazione del tessuto nervoso.

Un primo set di esperimenti ha evidenziato la biocompatibilità e la stabilità del CFN, oltre alla capacità di stabilizzare meccanicamente il sito della lesione. Gli scaffolds hanno consentito inoltre la ricrescita degli assoni lungo il gap provocato dalla lesione: il fatto che le direzioni delle fibre non siano casuali lascia pensare ad un ruolo attivo della struttura in CNF durante la rigenerazione. Il risultato più entusiasmante è rappresentato dal significativo recupero funzionale ottenuto dagli animali: i dati ottenuti dal confronto con soggetti che non hanno subito l’impianto suggeriscono che il CNF velocizza e migliora il recupero locomotorio e senso-motorio in fase cronica e subcronica. I risultati dello studio hanno fornito nuove informazioni su un aspetto interessante: la capacità del midollo spinale di rigenerarsi in presenza di microambienti extracellulari artificiali impiantati nel sito della lesione rappresenta un tassello importante per lo sviluppo di nuovi approcci terapeutici.

Articolo a cura di Noemi D’Abbondanza.