Le fibre impiantabili sono state un enorme vantaggio per la ricerca sul cervello, consentendo agli scienziati di stimolare obiettivi specifici nel cervello e monitorare le risposte elettriche. Ma studi simili sui nervi del midollo spinale, che alla fine potrebbe portare a trattamenti per alleviare le lesioni del midollo spinale, sono stati più difficili da realizzare. Questo perché la colonna vertebrale si flette e si allunga mentre il corpo si muove, e il relativamente rigido, le fibre fragili utilizzate oggi potrebbero danneggiare il delicato tessuto del midollo spinale.

Ora, i ricercatori hanno sviluppato una fibra simile alla gomma che può flettersi ed allungarsi mentre fornisce simultaneamente entrambi gli impulsi ottici, per la stimolazione optoelettronica, e collegamenti elettrici, per stimolazione e monitoraggio. Le nuove fibre sono descritte in un articolo sulla rivista Progressi scientifici , dagli studenti laureati del MIT Chi (Alice) Lu e Seongjun Park, Professoressa Polina Anikeeva, e altri otto al MIT, l'Università di Washington, e l'Università di Oxford.

"Volevo creare un'interfaccia multimodale con proprietà meccaniche compatibili con i tessuti, per la stimolazione neurale e la registrazione, "come strumento per comprendere meglio le funzioni del midollo spinale, dice Lu. Ma era essenziale che il dispositivo fosse estensibile, perché "il midollo spinale non si piega solo ma si allunga anche durante il movimento". La scelta più ovvia sarebbe una sorta di elastomero, un composto simile alla gomma, ma la maggior parte di questi materiali non sono adattabili al processo di trafilatura della fibra, che trasforma un fascio di materiali relativamente grande in un filo che può essere più stretto di un capello.

Il midollo spinale "subisce allungamenti di circa il 12% durante il normale movimento, "dice Anikeeva, che è il Professore di Sviluppo della Carriera Classe 1942 nel Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali. "Non hai nemmeno bisogno di entrare in un 'cane verso il basso' [posizione yoga] per avere tali cambiamenti." Quindi trovare un materiale che possa eguagliare quel grado di elasticità potrebbe potenzialmente fare una grande differenza per la ricerca. "L'obiettivo era quello di imitare l'elasticità, la morbidezza e la flessibilità del midollo spinale, " dice. "Puoi abbinare l'elasticità con una gomma. Ma disegnare la gomma è difficile:la maggior parte si scioglie semplicemente, " lei dice.

"Infine, vorremmo essere in grado di usare qualcosa del genere per combattere le lesioni del midollo spinale. Ma prima, dobbiamo avere biocompatibilità e poter sopportare le sollecitazioni nel midollo spinale senza causare alcun danno, " lei dice.

Il team ha combinato un elastomero trasparente di nuova concezione, che potrebbe fungere da guida d'onda per segnali ottici, e un rivestimento formato da una rete di nanofili d'argento, producendo uno strato conduttivo per i segnali elettrici. Per elaborare l'elastomero trasparente, il materiale è stato incorporato in un rivestimento polimerico che gli ha permesso di essere trafilato in una fibra che si è rivelata altamente estensibile oltre che flessibile, Lu dice. Il rivestimento viene dissolto dopo il processo di trafilatura.

Dopo l'intero processo di fabbricazione, ciò che resta è la fibra trasparente con conduttore elettrico, rivestimenti elastici di nanofili. "È davvero solo un pezzo di gomma, ma conduttivo, " Dice Anikeeva. La fibra può allungarsi di almeno il 20-30 percento senza alterare le sue proprietà, lei dice.

Le fibre non sono solo estensibili ma anche molto flessibili. "Sono così flosci, potresti usarli per fare suture e fornire luce allo stesso tempo, " lei dice.

"Siamo i primi a sviluppare qualcosa che consente la registrazione elettrica e la stimolazione ottica simultanee nel midollo spinale di topi che si muovono liberamente, " dice Lu. "Quindi speriamo che il nostro lavoro apra nuove strade per la ricerca neuroscientifica." Gli scienziati che fanno ricerche su lesioni o malattie del midollo spinale di solito devono usare animali più grandi nei loro studi, perché le fibre nervose più grandi possono sopportare i fili più rigidi utilizzati per lo stimolo e la registrazione. Mentre i topi sono generalmente molto più facili da studiare e disponibili in molti ceppi geneticamente modificati, in precedenza non esisteva alcuna tecnologia che consentisse di utilizzarli per questo tipo di ricerca, lei dice.

"Ci sono molti diversi tipi di cellule nel midollo spinale, e non sappiamo come i diversi tipi rispondono al recupero, o mancanza di recupero, dopo un infortunio, " dice. Queste nuove fibre, i ricercatori sperano, potrebbe aiutare a riempire alcuni di quegli spazi vuoti.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.