Ricerca condotta da due gruppi presso il Centro di Ricerca Cooperativa sui Biomateriali CIC biomaGUNE e uno presso la SISSA, Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (Italia), hanno dimostrato che i materiali funzionali a base di nanotubi di carbonio facilitano la riconnessione delle reti neuronali danneggiate a seguito di lesioni del midollo spinale. Lo studio, pubblicato dalla rivista scientifica PNAS ( Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ), costituisce un enorme passo avanti nella ricerca orientata al recupero da infortuni di questo tipo.

I gruppi di ricerca guidati da Ikerbasque Professor e Axa Chair al CIC biomaGUNE Maurizio Prato, che è un riferimento mondiale nei nanomateriali a base di carbonio, e quello guidato dalla Professoressa Laura Ballerini alla SISSA di Trieste (Italia) hanno esperienza nell'uso di nanotecnologie e nanomateriali per riparare le lesioni neurali. La collaborazione tra i gruppi ha dimostrato che i biomateriali a base di nanotubi di carbonio facilitano la comunicazione tra neuroni, la crescita neuronale e l'instaurazione di connessioni mediante materiali di questo tipo.

"Le proprietà elettriche e meccaniche di questo materiale consentono molte applicazioni impensabili per qualsiasi altro materiale. In particolare, l'interazione delle cellule eccitabili, come le cellule nervose e cardiache, realizzare nanotubi di carbonio di grande rilevanza. La comunicazione tra le cellule aumenta quando interfacciate con nanotubi di carbonio, ed è anche possibile costruire scaffold meccanicamente stabili che sostengono la crescita dei nervi, "dice il professor Prato.

"I gruppi di Prato e Ballerini avevano precedentemente dimostrato la formazione di connessioni neuronali in sistemi in vitro in colture cellulari. Tuttavia, ciò che restava era il salto verso un modello animale in vivo di lesione del midollo spinale, la possibilità di vedere se le comunicazioni tra i singoli neuroni avvenivano di fatto anche a livello di fibre neuronali complete in un modello in vivo, e se si stavano raggiungendo risultati funzionali, " ha spiegato Pedro Ramos, Ikerbasque professore al CIC biomaGUNE, leader dell'Unità di Risonanza Magnetica e terzo attore chiave nella ricerca.

In quest'ultima scoperta i ricercatori sono riusciti "a dimostrare che in un insieme di animali con parziale taglio del midollo spinale, la riconnessione delle fibre si instaura infatti gradualmente per mezzo dell'impianto inserito, una sorta di spugna di nanotubi di carbonio comprendente fibre intrecciate. I nervi si riconnettono nella zona in cui erano stati danneggiati e, inoltre, gli animali hanno riacquistato funzionalità, soprattutto nelle zampe posteriori, il più colpito dalla lesione. È stato inoltre dimostrato che il materiale è biocompatibile, in altre parole, non è stata rilevata alcuna reazione immunitaria, " disse Pedro Ramos.

A suo avviso, questo significativo passo avanti costituisce "una speranza per il futuro in termini di ulteriore recupero da lesioni del midollo spinale di questo tipo, del nervo ottico, o anche da qualche tipo di lesione traumatica in cui la connessione neuronale è stata persa e la mobilità di un arto è compromessa." Aggiunge che ci vorrà del tempo prima che la loro ricerca trovi applicazione clinica.

Un traguardo all'orizzonte

Come ha spiegato Ramos, la ricerca è stata condotta "in condizioni altamente controllate, proprio come qualsiasi studio di laboratorio, " ed è necessario progredire:"Ci sono molti aspetti in cui il lavoro deve essere proseguito in termini di materiale, le condizioni in cui il materiale è impiantato, le condizioni in cui il materiale deve lavorare, eccetera."

Per esempio, è fondamentale esplorare a fondo le proprietà microstrutturali e meccaniche del materiale, o le proprietà che facilitano la connessione neuronale, prevenendo così possibili effetti collaterali o addirittura il rigetto del materiale stesso (rigidità, elasticità, spugnosità, compattezza, dimensione dei pori che rimangono tra le fibre, eccetera.). È inoltre essenziale promuovere i metodi di produzione in modo che siano il più possibile stabili e riproducibili, e in modo che i componenti, come fattori di crescita o altre sostanze che facilitano la comunicazione neuronale, può essere inserito nella sua struttura.

Per di più, è necessario studiare le condizioni che consentirebbero l'impianto clinico dei materiali:"È importante vedere come e quando dovrebbero essere impiantati. Nello studio, abbiamo inserito l'impianto durante una fase di lesione acuta, quindi non abbiamo dovuto lottare con l'esistenza di una cicatrice gliale, ecc." Inoltre, "Bisognerebbe vedere se questi risultati sono confermati in altri modelli animali con meno plasticità neuronale".

Uno degli aspetti principali di questo processo di riconnessione è "scoprire se vengono ripristinate le stesse connessioni esistenti prima della lesione o se avviene la plasticità neuronale, in altre parole, se si stabiliscono nuove connessioni che prima non esistevano e se il sistema nervoso cerca un altro modo di riconnettersi per adattarsi alla nuova situazione". in termini di immagini, "stiamo facendo progressi nello sviluppo di tecniche di imaging funzionale che ci consentono di vedere le connessioni tra il cervello e il sistema nervoso periferico da un punto di vista funzionale, " Egli ha detto.

Il ricercatore CIC biomaGUNE sottolinea che "siamo lontani dall'essere in grado di trasferire questo agli esseri umani. Mostra tutte le caratteristiche di essere trasferibile, è stato dimostrato che funziona, essere efficaci e non provocare reazioni avverse nei modelli animali. Resta da fare per raggiungere l'obiettivo, ma stiamo andando nella direzione giusta".