Immagina un futuro in cui il tuo medico può iniettare un gel nei tuoi tessuti e il gel forma un elettrodo morbido conduttore di corrente. Questo può quindi essere usato per trattare la malattia del sistema nervoso. Dopo un po', l'elettrodo si è sciolto ed è scomparso. I ricercatori svedesi hanno già sviluppato il gel e col tempo vogliono essere in grado di collegare l’elettronica al tessuto biologico, come il cervello.
La conduttività del gel iniettabile viene testata su un circuito microfabbricato. Credito immagine: Thor Balkhed/Università di Linköping
La medicina elettronica è un campo di ricerca che non si inserisce perfettamente in un campo esistente.
“In questo momento stai parlando con un fisico, un chimico e me, che abbiamo un background in biomedicina. Collaboriamo con scienziati dei materiali e ingegneri elettrici per integrare le conoscenze dei nostri diversi campi. Affinché tutto ciò funzioni, è necessario comprendere il cervello e comprendere la chimica e la fisica”, afferma Hanne Biesmans, dottoranda presso il Laboratorio di elettronica organica, LOE, dell’Università di Linköping.
La ricerca a cui fa riferimento riguarda la cosiddetta elettronica organica che può essere collegata ai tessuti viventi. L’obiettivo a lungo termine è quello di poter curare diverse malattie del sistema nervoso e del cervello. Il suo collega Tobias Abrahamsson è un chimico.
“La natura interdisciplinare della nostra ricerca, in cui combiniamo aspetti e campi del sapere diversi, è molto entusiasmante. Si potrebbe anche dire che ho una motivazione più personale, poiché nella mia famiglia ci sono malattie che colpiscono il sistema nervoso”, dice.
Si traduce tra biologia ed elettronica
Ma cos’è l’elettronica organica? E come potrebbe essere usato per curare malattie – come l'epilessia, la depressione o l'Alzheimer e il Parkinson – che oggi sono difficili da curare?
“Nel corpo, la comunicazione avviene attraverso tante piccole molecole, come neurotrasmettitori e ioni. La segnalazione neurale è ad esempio anche un'onda di ioni che dà origine a un impulso elettrico. Quindi vogliamo qualcosa che possa prendere tutte queste informazioni e fungere da traduttore tra ioni ed elettroni”, afferma Xenofon Strakosas, assistente professore con un background in fisica.
Nel 2023 sono riusciti, insieme ad altri ricercatori dell’Università di Linköping, dell’Università di Lund e dell’Università di Göteborg, a far crescere elettrodi in gel nei tessuti viventi.
“Invece di utilizzare metalli e altri materiali inorganici per condurre la corrente, l’elettronica può essere creata utilizzando diversi materiali a base di atomi di carbonio e idrogeno – in altre parole, materiali organici – che sono conduttivi. Questi sono più compatibili con i tessuti biologici e quindi più adatti a integrarsi, ad esempio, con il corpo”, afferma Tobias Abrahamsson.
I materiali elettronici organici sono molto utili per condurre segnali biologici, poiché possono condurre sia ioni che elettroni. Inoltre, sono morbidi, a differenza dei metalli.
La stimolazione elettrica del cervello è già utilizzata per trattare alcune malattie. Gli elettrodi vengono impiantati nel cervello, ad esempio per curare il morbo di Parkinson.
“Ma gli impianti utilizzati oggi clinicamente sono piuttosto rudimentali; si basano su materiali duri o rigidi come i metalli. E il nostro corpo è morbido. Quindi c'è attrito, che potrebbe portare all'infiammazione e alla formazione di tessuto cicatriziale. I nostri materiali sono più morbidi e più compatibili con il corpo”, afferma Hanne Biesmans.
Elettrodi nelle piante
Già una decina di anni fa i loro colleghi del LOE hanno dimostrato di poter far assorbire alle piante una sostanza solubile in acqua, che all'interno del fusto della pianta formava una struttura che conduce elettricità. Una specie di elettrodo, insomma, all'interno di una pianta.
La sostanza in questione è un cosiddetto polimero, una sostanza costituita da tante piccole unità simili che insieme possono formare lunghe catene attraverso un processo chiamato polimerizzazione. Quella volta furono utilizzate le rose e i ricercatori furono in grado di dimostrare di aver creato elettrodi organici. Ciò ha aperto la porta a un nuovo campo di ricerca.
“Ma mancava un pezzo. Non sapevamo come far sì che i polimeri si formassero all'interno dei mammiferi e nel cervello, per esempio. Ma poi ci siamo resi conto che potevamo inserire degli enzimi nel gel e utilizzare le sostanze proprie del corpo per avviare la polimerizzazione”, spiega Xenofon Strakosas.
L’idea ha portato i ricercatori a poter ora iniettare la soluzione leggermente viscosa simile a un gel nel tessuto. Quando entra in contatto con le sostanze proprie del corpo, come il glucosio, le proprietà del gel cambiano. E i ricercatori svedesi sono stati i primi al mondo ad avere successo con il metodo utilizzato per attivare la formazione di elettrodi nel tessuto.
“Il gel si autopolimerizza nel tessuto e diventa elettricamente conduttivo. Lasciamo che sia la biologia a farlo per noi”, afferma Xenofon Strakosas.
Inoltre, rimane nel luogo in cui è stato iniettato. Questo è importante perché i ricercatori vogliono essere in grado di controllare dove si trova il gel nel tessuto. Il gruppo di ricerca ha dimostrato che in questo modo è possibile far crescere degli elettrodi nel cervello del pesce zebra e attorno al sistema nervoso delle sanguisughe. Ora stanno studiando se funziona anche nei topi.
Ma c’è ancora molta strada da fare prima che il trattamento delle malattie con il gel diventi realtà. Innanzitutto, il gruppo di ricerca esplorerà la stabilità del gel all’interno del tessuto. Dopo un po' si rompe e cosa succede dopo? Un’altra questione importante è come collegare il gel conduttivo all’elettronica esterna al corpo.
“Non è la cosa più semplice da fare, ma spero che col tempo il metodo possa essere utilizzato per monitorare ciò che accade all'interno del corpo, fino al livello cellulare. Allora forse potremo capire di più su ciò che innesca o porta a diverse malattie nel sistema nervoso”, afferma Tobias Abrahamsson.
"C'è ancora molto da risolvere, ma stiamo facendo progressi", afferma Xenofon Strakosas. Sarebbe fantastico se potessimo eventualmente utilizzare gli elettrodi per leggere i segnali all’interno del corpo e utilizzarli per la ricerca o nell’assistenza sanitaria”.
Scritto da Karin Söderlund Leifler
Fonte: Università di Linköping
