Impianti neuromuscolari su nanoscala

Alcuni scienziati finanziati dall’UE hanno sviluppato una nuova tecnologia a elettrodi per simulare la comunicazione tra singoli neuroni e le fibre muscolari. La protesiologia dovrebbe sperimentare per prima trattamenti innovativi per vari problemi medici, che spaziano dall’incontinenza urinaria alla patologia neurodegenerativa.

Salute

La giunzione neuromuscolare, ovvero la connessione tra le cellule dei nervi (neuroni) e le fibre muscolari nel sistema nervoso periferico, è un bersaglio importane per la protesiologia. Le interfacce ad alta risoluzione e basso rumore che si avvalgono delle nanotecnologie mostrano sempre più prospettive di cure per un ampio spettro di disfunzioni dovute a disturbi neurodegenerativi o a traumi. Gli scienziati finanziati dall’UE hanno raggiunto un’importante tappa nello sviluppo di queste interfacce grazie al lavoro svolto con il progetto MERIDIAN (Micro and nano engineered bi-directional carbon interfaces for advanced peripheral nervous system prosthetics and hybrid bionics). Questa soluzione innovativa impiega un contatto in fibra singolo elettrodo-singolo muscolo quasi intracellulare, inducendo i neuroni ad assorbire gli elettrodi d’oro a forma di fungo. Le interfacce hanno consentito di registrare o stimolare un livello inedito di risoluzione e rapporto segnale/rumore. I muscoli striati possono quindi agire come bio-amplificatori degli impulsi motori in uscita del sistema nervoso centrale, utilizzabili nelle protesi con controllo cerebrale. I rivestimenti di diamante nanocristallino che coprono gli elettrodi a forma di fungo in 3D conferiscono eccezionali proprietà elettrochimiche, un’eccellente stabilità meccanica e chimica, biocompatibilità. Gli elettrodi in diamante sono stati testati in vivo in dispositivi extraneurali e intraneurali. La funzionalizzazione di superficie con peptidi ha favorito l’avvolgimento da parte dei neuroni. Gli elettrodi sono stati combinati in array di microelettrodi ed elaborati per consentire impianti flessibili. Il team ha eseguito test sugli elettrodi dell’interfaccia neurale intrafascicolare con auto-apertura intraneurale denominata SELINE impiantati nel nervo sciatico dei topi. Gli elettrodi intraneurali sono stati utilizzati per fornire il feedback sensorio tramite stimolazione neurale in un amputato sotto il gomito. La convalida cronica o a lungo termine di un nuovo modello microfabbricato di elettrodo intraneurale tridimensionale ha mostrato un potenziale di stimolazione degli impianti cronici. Il team MERIDIAN ha inoltre sviluppato un elettrodo planare rigenerativo inserito in guide nervose personalizzate che, dopo l’impianto, hanno permesso la rigenerazione degli assoni attraverso il canale sopra l’elettrodo. L’utilizzo di tecnologia in film sottile e di nuove tecnologie per la somministrazione di fattori neurotrofici e di crescita tramite microsfere ha permesso di costruire un dispositivo idoneo alle applicazioni nei nervi periferici. I nuovi elettrodi per gli impianti in vivo saranno presentati in dispositivi bionici bidirezionali e in tempo reale, per trattare l’incontinenza urinaria e per funzionare in protesi di mani. Le strategie di rigenerazione di nervi amplificherà ulteriormente l’effetto di questa protesiologia.