Progressi in campo biomedico grazie all’uso del grafene
Il grafene è la sostanza più sottile e più resistente, ma allo stesso tempo la più leggera, è impermeabile alle molecole ma può essere sottoposto a modifica chimica. Insieme all’ampia area superficiale e alla biocompatibilità, queste proprietà uniche rendono il grafene un materiale di partenza molto promettente per un’ampia gamma di applicazioni biomedicali. Il pacchetto di lavoro Tecnologie Biomediche della Graphene Flagship, guidato dal prof. Kostas Kostarelos presso il www.nanomedicinelab.com (Nanomedicine Lab) dell’Università di Manchester (Regno Unito) e il prof. José A. Garrido dell’Istituto catalano di Nanoscienze e nanotecnologia (Spagna), esamina l’utilizzo di grafene e materiali affini nella progettazione di dispositivi per impianti neurali per registrare e stimolare l’attività elettrica, in combinazione con una somministrazione mirata di farmaci. Come spiega il prof. Kostarelos, «l’obiettivo di questo pacchetto di lavoro è sviluppare la prossima generazione di impianti neurali che combina funzionalità di registrazione e stimolazione insieme a capacità terapeutiche». Gli impianti neurali sono emersi quale promettente approccio per il rilevamento, monitoraggio e trattamento (mediante stimolazione elettrica) di una serie di disturbi sensoriali e motori differenti del sistema nervoso centrale e periferico. Questi impianti fungono da interfaccia tra tessuto neurale, fibre nervose o singoli neuroni e i dispositivi esterni, usati per registrare, monitorare e stimolare l’attività cerebrale a intervenire nelle funzioni del sistema nervoso centrale. Dispositivi innovativi basati sul grafene Le attività di ricerca di eminenti scienziati in tutta Europa coinvolti nel progetto Graphene Flagship si sono concentrate su ingegneria dei materiali, tecnologia dell’impianto e funzionalità per applicazioni nei campi della neurologia, dell’oftalmologia e della chirurgia. Il loro obiettivo è mettere in campo questi dispositivi per la diagnosi e il trattamento di varie malattie quali epilessia, morbo di Parkinson, cecità, artrite reumatoide e diabete. Il grafene è un substrato versatile che può assumere molte forme con differenti proprietà e risulta eccellente per generare materiali 2D che possono essere usati in dispositivi di registrazione e stimolazione. La conduttività elettrica e la flessibilità di nanofogli di grafene a singolo strato facilita notevolmente la registrazione dell’attività elettrica nel tessuto neuronale con grande precisione. Per la stimolazione elettrica del sistema nervoso, come nel caso di pazienti colpiti dal morbo di Parkinson che sono insensibili alla levodopa, gli scienziati hanno selezionato l’ossido di grafene ridotto, che produce dei substrati su nanoscala flessibili ma porosi con elevata capacitanza, in grado di fornire la stimolazione per periodi più lunghi. I partner in questo pacchetto di lavoro stanno esaminando la tecnologia per sviluppare un impianto retinico per soggetti che hanno perso la vista a causa di una malattia della retina. Una fotocamera raccoglie immagini provenienti dall’ambiente e le converte in una stimolazione elettrica, trasmessa attraverso microelettrodi di grafene. Inoltre, le caratteristiche modulabili del grafene in sospensione e la sua capacità di essere funzionalizzato con ossigeno possono essere sfruttate per la somministrazione dei farmaci. Farmaci antinfiammatori, neurotrasmettitori o sostanze attraenti neurali sono uniti a fogli di grafene rivestiti da idrogel e rilasciati a diverse velocità subito dopo l’impianto. Il futuro del grafene nel campo biomedicale La ricerca riguardante l’uso del grafene e di materiali 2D per applicazioni biomedicali si sta espandendo in diversi campi, che vanno dai dispositivi indossabili di monitoraggio alla somministrazione dei farmaci e alla diagnosi del cancro. Il lavoro di ricerca nel pacchetto di lavoro Tecnologie Biomediche si basa sulle straordinarie proprietà del grafene, che lo rendono ideale per registrare e stimolare i tessuti neurali in malattie patologiche come il morbo di Parkinson e l’epilessia. «Indubbiamente, il grafene sta spianando la strada a diagnosi e trattamenti innovativi, aiutando a migliorare la qualità della vita di milioni di pazienti in tutto il mondo» conclude il prof. Kostarelos. Guardando al futuro, il professore sottolinea che «la collaborazione con l’industria è fondamentale per guidare le innovazioni e indirizzare gli sforzi della ricerca verso le applicazioni più promettenti dal punto di vista commerciale».
Parole chiave
Graphene Flagship, grafene, applicazioni biomediche, impianto cerebrale, impianto retinico, protesi