La combinazione di nanonastri di grafene realizzati con un processo sviluppato alla Rice University e un polimero comune potrebbe un giorno essere di fondamentale importanza per la guarigione del midollo spinale danneggiato nelle persone, secondo il chimico della Rice James Tour.

Il laboratorio Tour ha trascorso un decennio a lavorare con nanonastri di grafene, partendo dalla scoperta di un processo chimico per "decomprimerli" da nanotubi di carbonio multiparete, come rivelato in un articolo su Nature nel 2009. Da allora, i ricercatori li hanno usati per migliorare i materiali per antighiaccio per le ali degli aeroplani, batterie migliori e contenitori meno permeabili per lo stoccaggio del gas naturale.

Ora il loro lavoro per sviluppare nanonastri per applicazioni mediche ha portato a un materiale soprannominato Texas-PEG che può aiutare a ricucire il midollo spinale danneggiato o addirittura reciso.

Un articolo sui risultati dei test preliminari su modelli animali appare oggi sulla rivista Neurologia Chirurgica Internazionale .

Nanonastri di grafene personalizzati per uso medico da William Sikkema, uno studente laureato Rice e co-autore del documento, sono altamente solubili in glicole polietilenico (PEG), un gel polimerico biocompatibile utilizzato in chirurgia, prodotti farmaceutici e in altre applicazioni biologiche. Quando i nanonastri biocompatibili hanno i loro bordi funzionalizzati con catene di PEG e vengono poi ulteriormente miscelati con PEG, formano una rete elettricamente attiva che aiuta le estremità recise di un midollo spinale a riconnettersi.

"I neuroni crescono bene sul grafene perché è una superficie conduttiva e stimola la crescita neuronale, " Disse Giro.

Negli esperimenti a Rice e altrove, neuroni sono stati osservati crescere lungo il grafene.

"Non siamo l'unico laboratorio che ha dimostrato che i neuroni crescono sul grafene in una capsula di Petri, " ha detto. "La differenza è che altri laboratori stanno comunemente sperimentando con l'ossido di grafene solubile in acqua, che è molto meno conduttivo del grafene, o strutture non rigate di grafene.

"Abbiamo sviluppato un modo per aggiungere catene polimeriche idrosolubilizzanti ai bordi dei nostri nanonastri che preservano la loro conduttività rendendoli solubili, e solo ora stiamo iniziando a vedere il potenziale per questo nelle applicazioni biomediche, " ha detto. Ha aggiunto che le strutture di grafene nastriformi consentono di utilizzare quantità molto più piccole preservando un percorso conduttivo che collega il midollo spinale danneggiato.

Tour ha detto che solo l'1% del Texas-PEG è costituito da nanonastri, ma è abbastanza per formare un'impalcatura conduttiva attraverso la quale il midollo spinale può riconnettersi.

Texas-PEG è riuscito a ripristinare la funzione in un roditore con un midollo spinale reciso in una procedura eseguita presso la Konkuk University in Corea del Sud dai coautori Bae Hwan Lee e C-Yoon Kim. Tour ha affermato che il materiale ha consentito in modo affidabile ai segnali neuronali motori e sensoriali di attraversare il divario 24 ore dopo la completa recisione del midollo spinale e un recupero quasi perfetto del controllo motorio dopo due settimane.

"Questo è un grande passo avanti rispetto al lavoro precedente con il solo PEG, che non ha dato alcun recupero dei segnali neuronali sensoriali nello stesso periodo di tempo e solo il 10% di controllo motorio in quattro settimane, " Disse Giro.

Il progetto è iniziato quando Sikkema ha letto del lavoro del neurochirurgo italiano Sergio Canavero. Sikkema pensava che i nanonastri potessero migliorare la ricerca che dipendeva dalla capacità del PEG di promuovere la fusione delle membrane cellulari aggiungendo conduttività elettrica e controllo direzionale per i neuroni mentre attraversavano lo spazio tra le sezioni del midollo spinale. Il contatto con il medico ha portato a una collaborazione con i ricercatori sudcoreani.

Tour ha affermato che il potenziale del Texas-PEG di aiutare i pazienti con lesioni del midollo spinale è troppo promettente per essere ridotto al minimo. "Il nostro obiettivo è sviluppare questo come un modo per affrontare le lesioni del midollo spinale. Pensiamo di essere sulla strada giusta, " Egli ha detto.

"Questa è un'emozionante analisi neurofisiologica dopo la completa recisione di un midollo spinale, " Tour ha detto. "Non è uno studio comportamentale o locomotiva della successiva riparazione. L'analisi tangenziale della locomotiva singolare qui è un indicatore intrigante, ma non è in un insieme statisticamente significativo di animali. Le prossime fasi dello studio evidenzieranno le abilità locomotiva e comportamentali con rilevanza statistica per valutare se queste qualità seguono la neurofisiologia favorevole che abbiamo registrato qui".