Efficace, specifica, ad azione reversibile e non nociva:l'identikit del biomateriale perfetto sembra corrispondere a scaglie di grafene, oggetto di un nuovo studio realizzato dalla SISSA-Scuola Internazionale Superiore di Studi Superiori di Trieste, Istituto Catalano di Nanoscienze e Nanotecnologie (ICN2) di Barcellona, e il National Graphene Institute dell'Università di Manchester, nell'ambito del progetto European Graphene Flagship. Questo nanomateriale ha dimostrato la capacità di interagire con le funzioni del sistema nervoso nei vertebrati in maniera molto specifica, interrompere la costruzione di un processo patologico che porta a comportamenti ansiosi.

"In precedenza abbiamo dimostrato che quando i fiocchi di grafene vengono consegnati ai neuroni, interferiscono spontaneamente con le sinapsi eccitatorie prevenendo transitoriamente il rilascio di glutammato dai terminali presinaptici, " dice Laura Ballerini della SISSA, il leader del team che ha condotto lo studio di ricerca "L'ossido di grafene previene la plasticità sinaptica disfunzionale dell'amigdala laterale e ripristina il comportamento ansioso di lunga durata nei ratti, " recentemente pubblicato in Biomateriali .

I ricercatori hanno studiato se una tale riduzione dell'attività sinaptica fosse sufficiente per modificare i comportamenti correlati, in particolare quelli patologici che si sviluppano a causa di un'iperfunzione transitoria e localizzata delle sinapsi eccitatorie. Questo approccio rafforzerebbe la strategia di targeting selettivo e transitorio delle sinapsi per prevenire lo sviluppo di patologie cerebrali utilizzando i cosiddetti trattamenti di medicina precisa.

Per verificare questa ipotesi, il team si è concentrato sul disturbo da stress post-traumatico (PTSD) e ha condotto gli esperimenti in due fasi, in vivo e in vitro.

"Abbiamo analizzato i comportamenti difensivi causati nei ratti dalla presenza di un predatore, usando l'esposizione all'odore di gatto, per indurre un ricordo avversivo, " spiega Audrey Franceschi Biagioni della SISSA, il primo autore dello studio. "Se esposto all'odore del predatore, il topo ha una risposta difensiva, rintanarsi, e questa esperienza è così ben impressa nella memoria, che quando l'animale viene collocato nello stesso contesto anche sei giorni dopo, l'animale ricorda l'odore del predatore e mette in atto lo stesso comportamento protettivo. Si tratta di un modello noto e consolidato, che abbiamo usato per riprodurre un comportamento di stress. L'esposizione al predatore può modificare le connessioni neuronali, fenomeno tecnicamente noto come plasticità, e aumentare l'attività sinaptica in un'area specifica dell'amigdala che ha quindi rappresentato l'obiettivo del nostro studio per testare gli effetti del nanomateriale".

Laura Ballerini aggiunge, "Abbiamo ipotizzato che i fiocchi di grafene che abbiamo mostrato inibiscano temporaneamente le sinapsi eccitatorie (senza causare infiammazione, danno neuronale o altri effetti collaterali) potrebbe essere iniettato nell'amigdala laterale quando la plasticità associata alla memoria si fosse consolidata. Se il nanomateriale fosse efficiente nel bloccare le sinapsi eccitatorie, dovrebbe inibire la plasticità e diminuire la risposta correlata all'ansia. E questo è quello che è successo:gli animali a cui sono stati somministrati fiocchi di grafene, dopo sei giorni, "dimenticato" le risposte legate all'ansia, salvando il loro comportamento».

La seconda parte della ricerca è stata condotta in vitro. "In vivo abbiamo potuto osservare solo cambiamenti comportamentali e non abbiamo potuto valutare l'impatto dei fiocchi di grafene sulle sinapsi, " spiega Giada Cellot, ricercatore alla SISSA e primo autore dello studio insieme ad Audrey Franceschi Biagioni. "Gli esperimenti in vitro hanno permesso di lavorare su un modello semplificato, per ottenere informazioni sui meccanismi attraverso i quali i fiocchi di grafene possono interagire con i neuroni. Abbiamo usato colture neuronali ottenute dall'amigdala, la regione del cervello in cui si verifica la risposta allo stress, e abbiamo osservato che gli effetti dei nanomateriali erano specifici per le sinapsi eccitatorie e una breve esposizione ai fiocchi di grafene potrebbe prevenire la plasticità patologica delle sinapsi".

Grazie a queste scoperte, i fiocchi di grafene hanno mostrato le loro potenzialità come nanotools (strumenti biomedici composti da nanomateriali) che potrebbero agire in modo specifico e reversibile sull'attività sinaptica per interrompere un processo patologico e quindi potrebbero essere utilizzati anche per il trasporto di farmaci o per altre applicazioni nel campo della medicina di precisione.