Quando elettrodi nanostrutturati migliorano l’elettrostimolazione per trattare l’ictus
L’ictus ischemico, la seconda causa principale di disabilità, è il risultato di coaguli ematici nelle arterie che riducono il flusso sanguigno di ossigeno al cervello. Nonostante i costi sanitari europei che ne derivano ammontino a 64,1 miliardi di euro annui, non esiste un percorso clinico con un endpoint prevedibile. Per porre rimedio a tale situazione, NeuPES, progetto del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra) e finanziato dall’UE, ha studiato il potenziale dell’elettrostimolazione per gestire la ripresa in seguito a un ictus. La progettazione strutturale di elettrodi efficaci (vedere la foto sopra) a livello nanomolecolare è centrale per il successo dell’approccio del progetto.
Come i disturbi presentano un vantaggio sulla semplicità
José Miguel García-Martín, ricercatore principale di NeuPES e ricercatore presso il Consiglio superiore per la ricerca scientifica spagnolo spiega: «Tramite una combinazione di ingegneria e neurobiologia, abbiamo sviluppato, caratterizzato e sperimentato alcuni elettrodi nanostrutturati composti da titanio, oro e platino sotto forma di insiemi di nanocolonne inclinate. Il vantaggio di queste nanostrutture, a differenza di elettrodi a pellicola sottile, è innanzitutto una superficie maggiore che migliora le proprietà elettriche: una ridotta impedenza e una maggiore capacità di iniezione di carica». Ma i vantaggi non si fermano alle caratteristiche elettriche migliori. Il gruppo ha prodotto le nanocolonne attraverso l’impiego della deposizione ad angolo inclinato con polverizzazione catodica da magnetron(si apre in una nuova finestra), dove quest’ultima è una tecnica ecocompatibile ampiamente usata nel settore, in modo che tale approccio possa essere scalabile. Inoltre, «grazie all’ampia superficie degli elettrodi nanostrutturati», spiega Sahba Mobini, borsista del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, «mentre forniamo la carica auspicabile al sistema evitiamo reazioni faradiche irreversibili responsabili dell’erosione dell’elettrodo, della scissione dell’acqua e della generazione di sottoprodotti tossici». Gli elettrodi nanostrutturati possono inoltre iniettare maggiore carica nel sistema (corrente aumentata) entro l’intervallo di potenziale sicuro, rispetto alle semplici pellicole sottili dello stesso metallo. Tali caratteristiche sono fondamentali per applicazioni in vitro e in vivo al fine di adoperare una stimolazione sicura, efficace e ben definita.
Estendere il modello alla ricerca neurobiologica
Sulla base di tali risultati, il team ha progettato un dispositivo in miniatura compatibile con l’imaging per l’elettrostimolazione di cellule in vitro. Ciò ha portato benefici alla ricerca neurobiologica in cui le risorse, quali le cellule e i fattori di crescita, sono spesso limitate e in cui sono necessarie repliche multiple per gli esperimenti e l’imaging in situ. Attraverso l’impiego del modello di ictus, le cellule ischemiche hanno ricevuto l’elettrostimolazione in un ambiente di laboratorio. È stato osservato un aumento notevole nell’espressione di due proteine (sinaptofisina e beta-tubolina), indicando la plasticità cerebrale(si apre in una nuova finestra). Questo significa che il cervello può adattarsi a un nuovo ambiente poiché una maggiore neuroplasticità potrebbe suggerire la capacità cerebrale di guarire in seguito a un ictus. «Sebbene i risultati siano promettenti, è necessario un numero maggiore di esperimenti replicati», aggiunge Mobini. Il progetto si è concluso con quattro mesi in anticipo rispetto a quanto pianificato poiché è stato assegnato a Mobini un finanziamento per un progetto di quattro anni da parte del programma per attirare i talenti della comunità di Madrid(si apre in una nuova finestra). Nell’ambito del nuovo progetto, dove proseguono gli obiettivi di NeuPES, è stato costruito un sistema di invecchiamento accelerato in vitro. «Questo sistema potrebbe essere usato per prevedere il ciclo vitale degli elettrodi nanostrutturati dopo l’impianto», spiega García-Martín. «NeuPES ha garantito la proprietà intellettuale di questa invenzione nell’ambito del sistema di applicazione dei brevetti spagnolo e stiamo cercando attivamente dei partner industriali. Inoltre, stiamo preparando un manoscritto scientifico che verrà presto pubblicato», conclude García-Martín.
