CON IL BIO-MICROCHIP OCST NASCE L’ELETTRONICA ORGANICA

09 Mag 2013 05:39

Nei laboratori italiani del Cnr di Bologna è stato costruito il primo microchip organico, flessibile, trasparente e biocompatibile, in grado di essere inserito all’interno di una rete neurale ed interagire con i neuroni utilizzando il loro stesso  “linguaggio”. Questa nuova tecnologia, chiamata “elettronica organica trasparente” apre nuove frontiere verso una sempre maggiore comprensione del funzionamento del cervello umano e  dimostra che si può stimolare l’attività neuronale, ‘manipolarla’ e leggerla attraverso uno strumento biocompatibile: Ocst, organic cell stimulating and sensing transistor; il dispositivo apre prospettive enormi nella cura di malattie come il Parkinson o l’epilessia o nelle terapie antidolore, superando i problemi di rigetto e di funzionalità di circuiti elettrici in ambienti acquosi. La ricerca è stata cofinanziata dal VII Programma quadro e prevede da qui a tre anni non solo il test in vivo ma anche lo sviluppo di sistemi sempre più integrati per espandere la mappatura del linguaggio dei neuroni (anche attraverso l’emissione di luce localizzata, la neuro-optoelettronica organica) ed estendere le applicazioni dell’elettrostimolazione ad altri tipi di cellule, come i cardiomiociti.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature Materials, la più prestigiosa al mondo nel campo della scienza e della tecnologia dei materiali, ed è stata condotta dall’Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati (Ismn-Cnr) e dall’Istituto per la sintesi organica e la fotoreattività (Isof-Cnr), in collaborazione con l’Istituto italiano di tecnologia (Iit). 

“Abbiamo costruito una squadra multidisciplinare tra chimici, fisici, biologi, ingegneri dei materiali, elettrofisiologi, facendo convergere diverse culture e tecnologie su una nuova piattaforma multifunzionale finora inesistente” spiega il dr Muccini del Cnr-Ismn.

“Il dispositivo è costituito da un microchip organico trasparente sul quale vengono adagiate le reti neuronali, caratterizzato dalla capacità di stimolare e registrare segnali elettrici e, in prospettiva, di generare luce. Inoltre, in quanto biocompatibile, Ocst riesce a rimanere a contatto per lungo tempo con i neuroni primari senza che questi vengano danneggiati, offrendo la possibilità di comprendere il loro funzionamento e di modulare la loro attività con maggiore efficacia rispetto alle tecnologie esistenti”, spiega Muccini. 

I vantaggi di questo strumento sono molteplici: “Il suo sviluppo permetterà di studiare anche altri tipi di neuroni e di cellule, dando la possibilità di compiere significativi passi avanti nella determinazione del funzionamento del cervello umano”, prosegue Muccini.

In questo progetto gli elementi di novità tecnologiche e di rottura con gli approcci del passato riguardano la rimodulazione con nuovi materiali organici nella parte esterna a contatto con le reti neuronali (carbonio e altri elementi presenti nel nostro corpo, al posto del silicio).

“Di fatto abbiamo realizzato una piastrina di un centimetro e mezzo – spiega la ricercatrice bolognese Valentina Benfenati – non solo organica e biocompatibile ma anche estremamente flessibile e quindi in grado di adattarsi alla tortuosità dei tessuti celebrali e di operare in un ambiente acquoso come il corpo umano, aspetto tutt’altro che scontato”. 

Ocst stimola le cellule e ne registra l’attività con una sensibilità almeno 16 volte superiore rispetto alle tecnologie di riferimento oggi disponibili.

“L’elettronica organica trasparente riesce a rimanere a contatto per lungo tempo con i neuroni senza danneggiarli – aggiunge Muccini – ma il nostro obiettivo è arrivare a materiali organici bioriciclabili che il cervello sia in grado di assorbire autonomamente a fine utilizzo. Il dialogo tra cellule nervose e dispositivo potrebbe trovare applicazioni per la rigenerazione del tessuto nervoso periferico compromesso da incidenti traumatici, da malattie neurodegenerative come il Parkinson o nella diagnosi precoce di eventi epilettici”.

Lo studio ha impegnato un team di 13 ricercatori per due anni; la ricerca rientra tra le più importanti nell’ambito degli studi sul linguaggio del cervello umano (oggetto di importanti programmi strategici europei e americani)  per i quali sono stati stanziati tre miliardi dagli USA per il Brain activity map project e un miliardo di euro dall’Unione Europea per lo Human brain project.

L’importanza socio-economica di queste attività ha spinto la Commissione Europea a designare maggio 2013 quale ‘mese europeo del cervello’.