Tecnologia innovativa del grafene per tamponare l'attività delle sinapsi:questa è l'idea alla base di uno studio pubblicato di recente sulla rivista ACS Nano coordinato dalla Scuola Internazionale Superiore di Studi Superiori di Trieste (SISSA) e dall'Università degli Studi di Trieste. In particolare, lo studio ha mostrato quanto siano efficaci i fiocchi di ossido di grafene nell'interferire con le sinapsi eccitatorie, un effetto che potrebbe rivelarsi utile in nuove cure per malattie come l'epilessia.

Il laboratorio di Laura Ballerini della SISSA in collaborazione con l'Università di Trieste, l'Università di Manchester e l'Università di Castilla-la Mancha, ha scoperto un nuovo approccio alla modulazione delle sinapsi. Questa metodologia potrebbe essere utile per il trattamento di malattie in cui l'attività elettrica del nervo è alterata. Ballerini e Maurizio Prato (Università di Trieste) sono i principali ricercatori del progetto all'interno del flagship europeo sul grafene, un'ampia collaborazione internazionale di 10 anni (un miliardo di euro di finanziamento) che studia usi innovativi del materiale.

I trattamenti tradizionali per le malattie neurologiche generalmente includono farmaci che agiscono sul cervello o la neurochirurgia. Oggi invece, la tecnologia del grafene si sta dimostrando promettente per questo tipo di applicazioni, e sta ricevendo maggiore attenzione da parte della comunità scientifica. Il metodo studiato da Ballerini e colleghi utilizza "nano-nastri di grafene" (fiocchi) che tamponano l'attività delle sinapsi semplicemente essendo presenti.

"Abbiamo somministrato soluzioni acquose di fiocchi di grafene a neuroni in coltura in condizioni di esposizione 'croniche', ripetendo l'operazione ogni giorno per una settimana. Analizzando l'attività elettrica neuronale funzionale, abbiamo poi tracciato l'effetto sulle sinapsi" dice Rossana Rauti, Ricercatore della SISSA e primo autore dello studio.

Negli esperimenti, la dimensione dei fiocchi variava (10 micron o 80 nanometri) così come il tipo di grafene:in una condizione è stato utilizzato il grafene, in un altro, ossido di grafene. "L'effetto 'tampone' sull'attività sinaptica si verifica solo con scaglie più piccole di ossido di grafene e non in altre condizioni, " dice Ballerini.  "L'effetto, nel sistema che abbiamo testato, è selettivo per le sinapsi eccitatorie, mentre è assente in quelli inibitori"

Una questione di dimensioni

Qual è l'origine di questa selettività? "Sappiamo che in linea di principio il grafene non interagisce chimicamente con le sinapsi in modo significativo - il suo effetto è probabilmente dovuto alla semplice presenza di sinapsi, " spiega il ricercatore della SISSA e uno degli autori dello studio, Denis Scaini. "Non abbiamo ancora prove dirette, ma la nostra ipotesi è che ci sia un legame con l'organizzazione subcellulare dello spazio sinaptico".

Una sinapsi è un punto di contatto tra un neurone e un altro in cui il segnale elettrico nervoso "salta" tra un'unità pre e post-sinaptica. C'è una piccola lacuna o discontinuità in cui il segnale elettrico viene "tradotto" da un neurotrasmettitore e rilasciato dalla terminazione pre-sinaptica nello spazio extracellulare e riassorbito dallo spazio postsinaptico, essere nuovamente tradotto in un segnale elettrico. L'accesso a questo spazio varia a seconda del tipo di sinapsi:"Per le sinapsi eccitatorie, l'organizzazione della struttura consente una maggiore esposizione per l'interazione dei fiocchi di grafene, a differenza delle sinapsi inibitorie, meno accessibili fisicamente in questo modello sperimentale, "dice Scaini.

Un altro indizio che la distanza e le dimensioni potrebbero essere cruciali nel processo si trova nell'osservazione che il grafene svolge la sua funzione solo nella forma ossidata. "Il grafene normale sembra un foglio teso e rigido mentre l'ossido di grafene appare accartocciato, e quindi possibilmente favorendo l'interfaccia con lo spazio sinaptico, "aggiunge Rauti.

La somministrazione di soluzioni di fiocchi di grafene lascia i neuroni vivi e intatti. Per questo motivo il team pensa che potrebbero essere utilizzati in applicazioni biomediche per il trattamento di alcune malattie. "Possiamo immaginare di prendere di mira un farmaco sfruttando l'apparente selettività dei fiocchi per le sinapsi, mirando così direttamente all'unità funzionale di base dei neuroni” conclude Ballerini.