Ricercatori della Microelectronics Research Unit (MIC) dell'Università di Oulu, in collaborazione con l'Università di Tampere, hanno dimostrato che i nanotubi di carbonio possono essere utilizzati per controllare la direzione della crescita delle cellule neurali.

I nanotubi di carbonio sono cilindri estremamente piccoli che sono più resistenti dell'acciaio e hanno proprietà conduttive eccezionali. Creando pilastri di nanotubi di carbonio con dimensioni ottimali, i ricercatori possono controllare le direzioni in cui crescono le cellule neurali, migliorare la formazione di una rete cellulare neurale complessa e orientata.

Lo studio, intitolato "I micropilastri di nanotubi di carbonio innescano la crescita guidata di complesse reti di cellule staminali neurali umane, " è pubblicato in Nano ricerca .

I neuroscienziati studiano la struttura e la funzione del sistema nervoso dalla biologia cellulare e molecolare alle malattie del sistema nervoso come l'Alzheimer e le lesioni del midollo spinale. Sebbene siano stati fatti progressi negli studi relativi ai disturbi neurali e alle nuove strategie di trattamento, rimangono diverse sfide in questo campo. Per migliorare i progressi nelle neuroscienze, la nanotecnologia ha svolto un ruolo importante.

I nanotubi di carbonio sono studiati da oltre 25 anni con contributi significativi alla nanotecnologia. La stragrande maggioranza dei dispositivi elettronici come computer e telefoni cellulari include nanotubi di carbonio nei loro componenti. L'uso più diffuso dei nanotubi di carbonio è il rinforzo strutturale, come si vede nei telai delle biciclette e nelle racchette da tennis, Per esempio.

"Il mio obiettivo di ricerca è diventato molto multidisciplinare. Come fisico di formazione, Ho applicato strategie di scienza dei materiali per studiare i sistemi biologici. Durante i miei primi studi post-dottorato, Ho lavorato due anni presso l'ex Dipartimento di Anatomia e Biologia Cellulare dell'Università di Oulu. Quando ho iniziato a lavorare con il Prof. Krisztian Kordas, Ho avuto l'opportunità di saperne di più sui nanotubi di carbonio. Sono rimasto affascinato dall'idea di esplorare le loro proprietà per applicazioni mediche, e ha iniziato a richiedere finanziamenti all'interno di questo argomento. Questo articolo è il risultato di uno dei miei progetti chiamato InjectGuide, finanziato dall'Accademia di Finlandia, "dice la docente Gabriela Lorite Yrjänä, ricerca leader in questo progetto.

La capacità di controllare come crescono le cellule neurali apre nuove prospettive in due importanti aspetti delle neuroscienze. Il primo è creare nuovi tipi di array di microelettronica per studiare l'elettrofisiologia delle reti cellulari. Gli attuali array di microelettronica utilizzati per capire come comunicano le cellule neurali sono costruiti in 2-D, mentre nel corpo umano, crescono in un ambiente 3-D molto più complesso. I risultati di questo documento dimostrano che i micropilastri di nanotubi di carbonio possono essere utilizzati come modelli per creare array di microelettronica 3-D. Questo lavoro è svolto in collaborazione con la docente Susanna Narkilahti e la ricercatrice post-dottorato Laura Ylä-Outinen dell'Università di Tampere, che ha l'esperienza delle misurazioni di elettrofisiologia e cellule neurali.

Una seconda potenziale applicazione di questi risultati è correlata a nuove strategie per il trattamento delle lesioni del midollo spinale o dei nervi periferici. La sfida in questi tipi di lesioni è far crescere le cellule neurali in una direzione molto specifica.

"I nostri risultati forniscono la prova che disponendo i micropilastri di nanotubi di carbonio a una distanza specifica, la crescita delle cellule neurali può essere diretta in qualsiasi geometria desiderata. Lo svantaggio di questo studio per l'applicazione clinica è il fatto che i nanotubi di carbonio sono fissati a una superficie rigida. Prossimo, miriamo a trasferire questa conoscenza a complesse strutture 3D. Questo lavoro è svolto insieme alla professoressa Minna Kellomäki dell'Università di Tampere, che ha l'esperienza in idrogel per l'ingegneria tissutale. La collaborazione nella ricerca multidisciplinare è estremamente importante per compiere progressi rilevanti nella scienza applicata, " dice la docente Gabriela Lorite Yrjänä.

Al di là del campo delle neuroscienze, La docente Gabriela Lorite Yrjänä e il suo team stanno anche cercando di utilizzare i nanotubi di carbonio per consentire la riparazione della cartilagine.