Promettenti «materiali intelligenti» per la cura delle lesioni cerebrali
Lo studio, pubblicato nella rivista Nature Nanotechnology, è stato parzialmente finanziato dal Sesto programma quadro (6°PQ) nell'ambito del progetto NEURONANO
Nell'ambito di un progetto finanziato dell'Unione europea, scienziati italiani e svizzeri hanno dimostrato che i nanotubi di carbonio migliorano la ricettività nervosa e li hanno potenzialmente eletti «candidati ottimali» per la progettazione di «materiali intelligenti» da impiegare nelle applicazioni biomediche per la cura delle lesioni cerebrali. Lo studio, pubblicato nella rivista Nature Nanotechnology, è stato parzialmente finanziato dal Sesto programma quadro (6°PQ) nell'ambito del progetto NEURONANO («Towards new generations of neuro-implantable devices: engineering neurons/carbon nanotubes integrated functional units - Verso una nuova generazione di apparecchiature impiantabili a livello neurale: progettazione di unità funzionali integrate costituite da neuroni/nanotubi di carbonio«).
Il progetto NEURONANO ha ricevuto un finanziamento pari a circa 1,8 milioni di euro in riferimento all'area tematica «Nanotecnologie e nanoscienze» del 6°PQ. L'obiettivo principale del progetto consisteva nell'integrazione dei nanotubi di carbonio con altre tecnologie ai fini di sviluppare biochip da impiegare nella cura delle lesioni a carico dei tessuti del sistema nervoso centrale.
Il carbonio si presenta sotto numerose forme, le più famose della quali sono il diamante e la grafite. In tempi recenti l'attenzione si è concentrata in modo particolare sui nanotubi di carbonio, vale a dire molecole di carbonio di forma cilindrica estremamente forti e con proprietà elettriche eccezionali.
L'oggetto di studio di quest'ultima ricerca è stata la relazione tra le proprietà elettriche dei nanotubi di carbonio e la modalità con cui si verifica l'eccitabilità neurale nel sistema nervoso centrale. Per scoprire come i nanotubi incidono sulla ricettività nervosa, gli scienziati hanno misurato l'attività elettrica delle singole cellule nervose con l'ausilio dell'analisi microscopica degli elettroni e attraverso l'applicazione di modelli teorici. I risultati dello studio dimostrano che i nanotubi di carbonio migliorano effettivamente la ricettività nervosa.
Come spiegano gli autori, i nanotubi di carbonio creano contatti molto solidi con la membrana delle cellule nervose. Questo potrebbe permettere agli scienziati di creare «scorciatoie elettriche» tra i compartimenti della cellula nervosa, permettendo una maggiore rapidità nella trasmissione degli impulsi. Il modello matematico proposto dagli stessi ricercatori descrive il fenomeno e ne dimostra le conseguenze.
L'importanza di questi risultati risiede nei significativi progressi raggiunti relativamente a quelli che il dottor Henry Makram dell'Ecole Polytechnique Fédérale di Losanna (EPFL), in Svizzera, definisce i «tre ostacoli principali per lo sviluppo di neuroprotesi sicure»: creare un'interfaccia tra le apparecchiature e il tessuto nervoso, identificare la modalità migliore per stimolare il tessuto nervoso e individuare i segnali nervosi che l'apparecchiatura deve registrare in modo che la stessa sia in grado di decidere adeguatamente e automaticamente.
Secondo quanto affermato dal dottor Makram, «La nuova tecnologia di interfaccia con i nanotubi, insieme alle moderne interfacce cervello-macchina, rappresenta la chiave per lo sviluppo di tutte le neuroprotesi: per la vista, l'udito, il gusto, il movimento, l'eliminazione degli attacchi epilettici, i bypass spinali e per la cura e persino il miglioramento delle funzioni cognitive.»
Il dottor Michele Giugliano dell'EPFL (attulamente presso l'Università di Anversa, in Belgio) ha affermato: «Questi risultati sono estremamente importanti per il nascente campo della neuro-ingegneria e della neuroprotesica.» Il dottor Giugliano e la coautrice dello studio, la dottoressa Laura Ballerini dell'Università di Trieste (Italia), ipotizzano che i nanotubi possano fungere da elementi essenziali nei futuri «bypass elettrici» per il trattamento delle lesioni cerebrali di origine traumatica, o nei nuovi elettrodi che rimpiazzeranno le parti metalliche nelle apparecchiature per la stimolazione elettrica profonda impiegate nella cura del morbo di Parkinson e delle forme gravi di depressione.
I nanotubi di carbonio sono stati recentemente impiegati nella progettazione della memoria meccanica, nei motori elettrici in nanoscala, nonché nello sviluppo di un sensore di idrogeno e di display flessibili e display touchscreen. Un radioricevitore composto da un unico nanotubo è stato sviluppato nel 2007, mentre nel 2008 un nastro di nanotubi è stato utilizzato per azionare un altoparlante. La loro applicazione si è dimostrata interessante anche nell'ambito dello stoccaggio energetico.
Secondo quanto affermato dagli autori, i meccanismi relativi all'effetto dei nanotubi sulle cellule nervose non sarebbero ancora completamente chiari, sebbene i risultati indichino che i nanotubi influiscano sul trattamento degli impulsi neurali. «Anche se in modo semplificato,» concludono gli autori «queste considerazioni rappresentano un primo tentativo di collegare i fenomeni elettrici nei nanomateriali all'eccitabilità neurale, e potrebbero permettere di prevedere e progettare le interazioni tra i nanomateriali e i neuroni».