Verso una medicina rigenerativa avanzata per curare l’epilessia
L’epilessia del lobo temporale (TLE, temporal lobe epileps) è la forma più comune di epilessia e, tuttavia, quella più insensibile al trattamento. I pazienti presentano uno schema tipico di danno cerebrale progressivo che influisce sui processi cognitivi ed emotivi. Il progetto H2020 dell’UE Re.B.Us ha lavorato per gettare la basi di approcci bioibridi al fine di indurre l’auto-guarigione del cervello disfunzionale. Come spiega la ricercatrice dott.ssa Gabriella Panuccio, «il nostro obiettivo era quello di ottenere la prova di concetto che il cervello malato può essere guarito mediante un approccio bioibrido, che fonde strumenti di biologia e di ingegneria». Modelli di attività elettrica nella TLE I ricercatori hanno utilizzato un modello in vitro di sezioni di cervello di roditore con TLE comprendenti aree cerebrali fondamentali nella TLE, trattate farmacologicamente per indurre i tipici modelli di attività elettrica osservati nei pazienti con TLE. Per modulare tali schemi ci si è avvalsi della combinazione dell’elettrofisiologia con matrice di microelettrodi con strumenti di ingegneria. Un dialogo fisiologico tra le regioni cerebrali colpite è stato ristabilito tramite ponti elettronici. «Al centro del progetto sperimentale c’era il segnale generato dall’ippocampo, che può prevenire le convulsioni avviate dalla corteccia ma che è compromesso nella TLE», sottolinea la dott.ssa Panuccio. Ripristino del dialogo tra corteccia e ippocampo I ricercatori sono stati in grado di rettificare la propensione per le convulsioni corticali rimpiazzando innanzitutto il segnale mancante della regione ippocampale del cervello con uno schema di stimolazione elettrica surrogata che imita le dinamiche temporali dell’attività dell’ippocampo. Successivamente, hanno utilizzato un ponte elettronico unidirezionale per ristabilire il dialogo funzionale tra ippocampo e corteccia. In definitiva, è stata utilizzata una sezione di ippocampo come tessuto di «innesto» per sostituire l’ippocampo della sezione di corteccia «ospite» allo scopo di controllare l’attività epilettica in quest’ultima. «Questo rappresenta l’obiettivo finale di Re.B.Us e tali esperimenti pionieristici preannunciano la fattibilità dell’approccio bioibrido proposto dal progetto», sottolinea la dott.ssa Panuccio. Modulazione elettrica geniale Nell’ultima parte del lavoro, i ricercatori di Re.B.Us hanno stabilito un ponte elettronico bidirezionale tra due sezioni distinte di cervello, una che agisce da ippocampo con innesto «sano» e l’altra che funge da corteccia ospite «malata». Gli eventi patologici rilevati nella corteccia hanno innescato la stimolazione elettrica dell’ippocampo che, a sua volta, ha provocato il rilevamento di attività nell’ippocampo e la stimolazione elettrica sulla corteccia. Il software di controllo sviluppato è stato attentamente perfezionato per raggiungere la politica di stimolazione ottimale al fine di coinvolgere reciprocamente l’innesto e i tessuti dell’ospite, per ridurre significativamente l’attività epilettica. Nei regni dell’ignoto - ingegneria neuromorfica e intelligenza artificiale A seguito del paradigma in vitro semplificato di Re.B.Us il passo logico successivo consisterà nell’utilizzare organoidi di ippocampo come tessuto di innesto in roditori epilettici in vivo. La dott.ssa Panuccio spiega: «Gli organoidi di ippocampo sono repliche bioingegnerizzate di tessuto ippocampale che possono essere generate in vitro a partire da cellule staminali. Si sa molto poco sulla loro attività elettrica, poiché sono stati ottenuti solo recentemente con tecniche di ingegneria tissutale, ma sembrano intrinsecamente dotati della capacità di generare lo schema in grado di sopprimere le convulsioni». Le future strategie per la cura dell’epilessia potrebbero fare affidamento sullo sfruttamento congiunto dei trapianti neurali con l’ingegneria neuromorfica e l’intelligenza artificiale (IA). L’ingegneria neuromorfica potrebbe essere una soluzione senza precedenti per la progettazione di protesi cerebrali biomimetiche, che si comportano in modo simile al cervello e apprendono come operare per promuovere una sana integrazione innesto-ospite. L’intelligenza artificiale ottimizzerebbe in tempo reale la funzione dell’elettronica neuromorfica per prevenire il trascinamento dell’innesto e il danno provocato dall’attività patologica del cervello ospite. «La visione dominante è che l’elettronica neuromorfica e gli algoritmi di intelligenza artificiale alla fine si disattiverebbero dopo il successo del recupero della funzione cerebrale, quando il loro intervento non sarebbe più necessario», sottolinea la dott.ssa Panuccio. Riassumendo i risultati raggiunti da Re.B.Us la dott.ssa Panuccio afferma: «Penso che Re.B.Us rappresenti il punto di partenza di un nuovo approccio alla riparazione del cervello, basato sullo sfruttamento congiunto di medicina rigenerativa e ingegneria neurale; una strategia di sfruttamento bioibrida che potrebbe capovolgere il modo in cui affrontiamo i disturbi cerebrali, spostando l’attuale paradigma dal trattamento del cervello malato alla sua guarigione».
Parole chiave
Re.B.Us, cervello, ippocampo, corteccia, innesto, epilessia del lobo temporale (TLE), epilessia, intelligenza artificiale (IA), ingegneria neuromorfica, bioibrido