Immagine, vasi cerebrali sono avvolti da un fitto strato di cellule che lasciano filtrare dal sangue solo piccole molecole (© C.J.GUERIN, PHD/Science Photo Library/Corbis).
Gli ingegneri UConn hanno progettato un dispositivo non tossico e biodegradabile che può aiutare i farmaci a spostarsi dai vasi sanguigni nei tessuti cerebrali, un percorso tradizionalmente bloccato dai meccanismi di difesa del corpo come la barriera emato-encefalica.
I ricercatori descrivono la loro invenzione nel numero del 23 dicembre di PNAS.
“Un modo sicuro ed efficace per aprire quella barriera è l’ecografia“, afferma Thanh Nguyen, ingegnere biomedico presso UConn. “Le onde ultrasoniche, focalizzate nel posto giusto, possono far vibrare le cellule che rivestono i vasi sanguigni abbastanza da aprire fessure transitorie nella barriera emato-encefalica e abbastanza grandi da far passare i farmaci. Ma l’attuale tecnologia a ultrasuoni per fare questo richiede molteplici fonti di ultrasuoni disposte attorno al cranio di una persona”.
Esiste un altro modo: i dispositivi impiantati possono applicare gli ultrasuoni localmente nel cervello in modo molto più preciso e ripetibile, ma la maggior parte dei trasduttori a ultrasuoni contiene materiali tossici come il piombo. E devono essere rimossi dopo l’uso, il che richiede un intervento chirurgico che può danneggiare il tessuto cerebrale.
Nguyen sapeva che poteva esserci uno strumento migliore per far questo. Il suo laboratorio è specializzato in biomateriali piezoelettrici, materiali che convertono la tensione fisica, come essere piegati o compressi, in elettricità e viceversa. Sono il materiale perfetto per i trasduttori, che usano l’elettricità per creare vibrazioni.
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Il Dottorando Eli Curry di Nguyen ha scoperto come trasformare l’acido poli L-lattico (PLLA), un polimero biodegradabile, in minuscole nano-fibre larghe solo 200 nanometri e lunghe da alcune decine a centinaia di micron. Quando i ricercatori hanno applicato un’alta tensione a questo processo di filatura, le fibre si sono allungate e allineate. Così allineate, da poter essere intrecciate in una maglia. E l’allineamento delle fibre ha accentuato la loro risposta piezoelettrica, consentendo al PLLA in nano-fibra di vibrare in modo più potente usando molta meno elettricità di quella che avrebbe usato un normale film del polimero. Queste nanofibre altamente piezoelettriche consentono ai ricercatori di fabbricare un sensore impiantabile biodegradabile sensibile in grado di misurare in modalità wireless le pressioni intra-organo. Lo stesso sensore può anche fungere da trasduttore ultrasonico.
Il PLLA viene spesso utilizzato per dissolvere le suture chirurgiche ed è un materiale molto sicuro e biocompatibile. Di conseguenza, quando il Dottorando Thinh Le ha impiantato i trasduttori PLLA nei topi, ha scoperto che i trasduttori erano biodegradati in modo sicuro. Più significativamente, il dispositivo può generare ultrasuoni ben controllati per aprire localmente la barriera emato-encefalica, aiutando di conseguenza i farmaci iniettati nel sangue ad accedere al tessuto cerebrale. Questo dispositivo a ultrasuoni può persino fungere da altoparlante per generare suoni udibili o riprodurre musica.
“Questa è una prova di concetto entusiasmante; è il primo trasduttore biodegradabile realizzato con materiali medici comuni e sicuri“, afferma Nguyen. Il team deve ancora capire come ottimizzare l’intensità del dispositivo per ottenere buone crepe nella barriera emato-encefalica, abbastanza ampie da far passare grandi molecole di farmaco, senza danneggiare i vasi sanguigni o il cervello. E affinché il dispositivo sia approvato per l’uso nell’uomo, dovrebbe essere testato per periodi di tempo più lunghi, negli animali più grandi dei topi.
Fonte, PNAS
