Un sensore impiantabile ha la velocità e la precisione per tracciare una sostanza chimica cerebrale nota per essere elevata in alcune malattie del cervello e dopo una lesione del midollo spinale. Credito:immagine della Purdue University/Tran Nguyen
Le tue possibilità di avere una brutta emicrania aumentano a seguito di una lesione del midollo spinale, grazie a un messaggero chimico nel cervello che raggiunge livelli tossici, studi precedenti hanno suggerito.
Affinché il trattamento migliori, i ricercatori devono catturare quel picco di una frazione di secondo in azione e seguire da vicino il suo percorso di distruzione.
Gli ingegneri della Purdue University hanno costruito un piccolo, sensore flessibile che è più veloce e più preciso dei precedenti tentativi di tracciare questa sostanza chimica, chiamato glutammato. Il sensore, un dispositivo impiantabile sul midollo spinale, è principalmente uno strumento di ricerca per la sperimentazione su modelli animali, ma potrebbe trovare un uso clinico futuro come un modo per monitorare se un farmaco per il neurotrauma o la malattia del cervello sta funzionando.
Il lavoro del gruppo appare in un prossimo numero di Biosensori e Bioelettronica .
"Quando ti senti come se avessi la febbre, non importa quando controlli la tua temperatura, probabilmente sarà la stessa per diverse ore. Ma un picco di glutammato è così veloce che se non lo catturi in quel momento, perdi l'intera opportunità di ottenere dati, " ha detto Riyi Shi, un professore di neuroscienze e ingegneria biomedica presso il Dipartimento di Scienze Mediche di Base di Purdue, College of Veterinary Medicine e Weldon School of Biomedical Engineering.
Impatto, come da un incidente d'auto o da un placcaggio nel calcio, può danneggiare il midollo spinale, ferendo anche le strutture nervose che trasportano il glutammato, che invia segnali per eccitare il tessuto nervoso per l'esecuzione di funzioni come l'apprendimento e la memorizzazione.
Strutture nervose danneggiate significa che carichi di glutammato fuoriescono negli spazi al di fuori delle cellule, eccitarli e danneggiarli. malattie del cervello, compresi Alzheimer e Parkinson, mostrano anche livelli elevati di glutammato.
I dispositivi finora non sono stati abbastanza sensibili da rilevare il glutammato, abbastanza veloce da catturare il suo picco o abbastanza conveniente per progetti di ricerca a lungo termine.
I ricercatori di Purdue stanno affrontando questi problemi attraverso sensori impiantabili che hanno stampato in 3D e microlavorati al laser, processi che sono già utilizzati regolarmente in laboratorio e nell'industria.
"Volevamo creare un modo a basso costo e molto veloce per costruire questi sensori in modo da poter fornire facilmente ai ricercatori un mezzo per misurare i livelli di glutammato in vivo, " ha detto Hugh Lee, un assistente professore di ingegneria biomedica alla Purdue, che si concentra sulle microtecnologie impiantabili.
La tecnica consente ai ricercatori di modificare rapidamente le dimensioni, forma e orientamento dei sensori e poi testare in modelli animali senza dover passare attraverso il più costoso processo di microfabbricazione.
La misurazione dei livelli in vivo aiuterebbe i ricercatori a studiare come si verificano le lesioni del midollo spinale, così come come si sviluppano le malattie del cervello.
La nuova tecnologia dei sensori impiantata in modelli animali può aiutare i ricercatori a comprendere il ruolo che il glutammato chimico del cervello svolge nel neurotrauma, consigliare un trattamento più specializzato. Credito:immagine della Purdue University/Tran Nguyen
"Quanto è grande un problema un'emicrania? Troppo glutammato è davvero dietro il dolore, o è che il sistema che ripulisce il glutammato non funziona?" ha detto Shi.
I ricercatori hanno impiantato il dispositivo nel midollo spinale di un modello animale e poi hanno ferito il midollo per osservare un picco. Il dispositivo ha catturato immediatamente il picco, considerando che per i dispositivi attuali, i ricercatori hanno dovuto attendere 30 minuti per ottenere dati dopo aver danneggiato il midollo spinale.
Nel futuro, i ricercatori hanno in programma di creare un modo per i biosensori di auto-eliminarsi dalle cellule infiammatorie che il corpo recluta per proteggersi. Queste cellule tipicamente formano una capsula fibrosa attorno al biosensore, che ne blocca la sensibilità.
La tecnologia potrebbe anche consentire l'impianto di più sensori lungo il midollo spinale, che aiuterebbe i ricercatori a sapere fino a che punto si diffonde il glutammato e quanto velocemente.
I ricercatori hanno depositato una domanda di brevetto per questo dispositivo presso l'Ufficio per la commercializzazione della tecnologia della Purdue Research Foundation. Il lavoro è stato supportato dal programma Global Research Outreach del Samsung Advanced Institute of Technology, gli Istituti Nazionali di Sanità, e sponsorizzato in parte dalla National Science Foundation con la sovvenzione CNS-1726865.
