Un nuovo studio fa luce sulle proprietà di nanostrutture in grado di garantire un’efficace integrazione con le cellule nervose, qualità fondamentale per lo sviluppo di sistemi innovativi per riparare i danni neuronali
I nanotubi di carbonio presentano caratteristiche interessanti che li rendono particolarmente indicati per la costruzione di speciali dispositivi ibridi - composti cioè da tessuto biologico e materiale sintetico – progettati per ristabilire i collegamenti tra le cellule nervose, per esempio a livello spinale, perduti a causa di lesioni o traumi. È questo il risultato di una ricerca pubblicata sulla rivista scientifica “Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine” compiuta da un’equipe multidisciplinare che comprende la SISSA, l’Università di Trieste, ELETTRA Sincrotrone Trieste e due istituzioni spagnole, Basque Foundation for Science e il CIC BiomaGUNE. Più in particolare, i ricercatori hanno investigato quali effetti abbia sui neuroni l’interazione con i nanotubi di carbonio. Gli scienziati hanno dimostrato che questi nanomateriali possono regolare la formazione delle sinapsi, strutture specializzate attraverso cui comunicano le cellule nervose, e modulare meccanismi biologici, come la maturazione dei neuroni, in un processo che si autoregola. Questo risultato, che dimostra come l’integrazione tra cellule nervose e queste strutture sintetiche sia stabile ed efficiente, evidenzia le grandi potenzialità dei nanotubi di carbonio come innovativi materiali utili a favorire la rigenerazione neuronale o per creare una sorta di ponte artificiale tra gruppi di neuroni la cui connessione è stata interrotta. La sperimentazione in vivo, in effetti, è già partita.
«Da tempo si studiano sistemi di interfaccia, o protesi neuronali, che permettano di ristabilire efficacemente questi collegamenti» spiegano Laura Ballerini (SISSA) e Maurizio Prato (UniTS-CIC BiomaGUNE), che coordinano il progetto di ricerca. «Il materiale perfetto per costruire queste interfacce neurali non esiste ma i nanotubi di carbonio su cui lavoriamo hanno già dimostrato di avere delle grandi potenzialità. Del resto i nanomateriali rappresentano oggi la nostra migliore speranza per lo sviluppo di strategie innovative nel trattamento delle lesioni al midollo spinale». Questi nanomateriali sono utilizzati sia come substrato, funzionando così come una sorta di impalcatura di sostegno per le cellule nervose, sia come mezzo per la trasmissione di quei segnali che fanno comunicare tra loro le cellule nervose.
Molti aspetti, però, devono ancora essere indagati. Tra questi l’effetto del semplice contatto tra queste strutture nanometriche e le cellule nervose. «Studiare l’interazione tra questi due elementi è cruciale perché potrebbe portare anche a degli effetti indesiderati, che dobbiamo escludere». Spiega Laura Ballerini: «Se, per esempio, il solo contatto provocasse un aumento vertiginoso del numero di sinapsi, questi materiali sarebbero sostanzialmente inutilizzabili». «E questo», aggiunge Maurizio Prato «è esattamente ciò che abbiamo indagato in questo studio che ha utilizzato nanotubi di carbonio puri».
I risultati della ricerca sono stati estremamente incoraggianti: «Innanzitutto abbiamo dimostrato che i nanotubi non interferiscono con la composizione dei lipidi, in particolare di colesterolo, che compongono la membrana cellulare nei neuroni. I lipidi di membrana hanno un ruolo molto importante nella trasmissione di segnali attraverso le sinapsi. I nanotubi sembrano non influenzare questo processo, il che è molto importante».
Ma c’è di più. La ricerca ha anche evidenziato che le cellule nervose che crescono sul substrato di nanotubi, grazie a questa interazione si sviluppano e maturano molto velocemente, raggiungendo poi una situazione di omeostasi biologica. «I nanotubi favoriscono la maturazione dei neuroni e la formazione di nuove sinapsi. Questa crescita, però, non è indiscriminata e illimitata perché, come abbiamo dimostrato, dopo poche settimane, si raggiunge un equilibrio fisiologico. Aver stabilito che questa interazione è stabile ed efficace, è un aspetto di basilare importanza». Concludono Maurizio Prato e Laura Ballerini: «Stiamo dimostrando che i nanotubi di carbonio presentano un’ottima riuscita in termini di durata, adattabilità e compatibilità meccanica con il tessuto. Ora sappiamo che anche la loro interazione con il materiale biologico è efficiente. Sulla base di queste evidenze, stiamo già studiando l’applicazione in vivo e i risultati preliminari sembrano molto promettenti anche in termini di recupero delle funzioni neurologiche perdute».
