La luce dentro

Nell’affascinante quanto complesso settore delle neuroscienze è stato ideato un sistema che promette di migliorare lo studio e la comprensione di come agiscano i sistemi neuronali.

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Siamo in Svizzera dove una collaborazione tra EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne), il Politecnico di Zurigo (ETH) e la Harvard Medical School di Boston ha portato alla realizzazione di un sistema impiantabile optoelettronico.
Un passo avanti importante nello studio delle interazioni tra i neuroni per capire esattamente quali governino le diverse azioni che compiano.

Neuroni stimolati dalla luce. Ecco come

Un team di ricercatori, guidati da Stéphanie Lacour e da Grégoire Courtine, ha realizzato un sistema che può essere impianto direttamente nella spina dorsale. È stato realizzato per poter essere messo a contatto con la dura madre spinale − la membrana più esterna e spessa che avvolge il midollo spinale − e da lì stimolare la reazione neuronale.

Il sistema impiantabile optoelettronico è costituito da:

• un supporto flessibile impiantabile
• micro led a emissione di luce rossa
• un circuito elettronico wireless

Il sistema si basa quindi su una struttura di supporto appositamente realizzata con un materiale elastico e morbido. Questo gli consente di essere infilata e fatta scorrere direttamente sotto le vertebre, sulla superficie del midollo spinale, senza creare danni all’ospite e senza danneggiare i meccanismi che accoglie. Sul supporto flessibile sono posti i micro led, ovvero i diodi a emissione di luce miniaturizzati attraverso cui dovranno essere stimolati i neuroni. Essendo essenziale proteggere i led e consentire loro di funzionare senza problemi, il supporto è dotato di una matrice in silicone.
I micro led, inoltre, emettono una luce rossa – invece della blu solitamente utilizzata – e questo perché il colore rosso subisce meno le influenze delle fibre nervose, capaci di assorbire e riflettere la luce e di inficiare così il funzionamento degli impulsi luminosi.

Gli ingegneri hanno poi realizzato un circuito elettronico wireless per poter accendere uno o più led e, grazie all’emissione di luce a una specifica lunghezza d’onda, attivare o inibire in maniera mirata alcuni neuroni del midollo spinale. Il circuito serve anche per controllare la durata e l’intensità della luce emessa, e quindi della specifica stimolazione; il tutto con estrema precisione.
Il circuito peraltro, essendo wireless e controllato via Bluetooth, permette di non avere alcun cavo che lo colleghi a un’alimentazione esterna. Vi è solo un piccolo dispositivo posto sulla testa: una piattaforma grande meno di un centimetro cubo e pesante meno di un grammo che integra chip, batteria e antenna. La struttura rende l’ospite libero di muoversi e di svolgere qualsiasi attività in modo naturale, e gli scienziati in grado di esaminare quali neuroni intervengano nel compimento di determinati movimenti, attività muscolari o fisiologiche.

Verso la cura di lesioni del sistema nervoso

Le possibili applicazioni del sistema ideato in Svizzera sono molto interessanti. Permetteranno di sviluppare nuove terapie e tecnologie per controllare l’attività neurale, proprio attraverso gli impulsi luminosi. Tecnologie che, applicate in medicina, si tradurranno in nuovi metodi per ridurre il dolore, agendo direttamente e in maniera mirata su specifiche fibre nervose, e persino per migliorare le alterazioni del sistema nervoso autonomo – disfunzioni autonomiche – che possono dare svariati disturbi. La speranza è di arrivare addirittura a curare determinate alterazioni e lesioni.
I ricercatori della Harvard Medical School di Boston hanno già testato l’impianto sul nervo sciatico, studiando il meccanismo nervoso che governa dolore e infiammazione.
Al momento si è ancora lontani dall’applicazione terapeutica, ma gli studi sono promettenti. Il prossimo passo sarà la realizzazione di una versione dell’impianto che sia applicabile alle persone.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature biotechnology.

Musica: “Nessun dolore” – Lucio Battisti
Foto di copertina: EPFL

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