Un nuovo dispositivo wireless impiantabile per il morbo di Parkinson
Il morbo di Parkinson è una malattia neurodegenerativa progressiva per la quale al momento non è disponibile alcuna cura. Questa patologia influenza ogni aspetto della vita quotidiana, in particolare a causa di sintomi motori debilitanti quali tremori e instabilità. Solo nell’UE sono all’incirca 1,2 milioni le persone con morbo di Parkinson, un dato che secondo le previsioni raddoppierà entro il 2030. «Il morbo di Parkinson è provocato dalla degenerazione dei neuroni dopaminergici, cellule che innervano intensamente i gangli basali, ovvero un insieme di regioni cerebrali che controlla i movimenti», spiega Farshad Moradi, docente attivo presso la facoltà di Ingegneria elettrica e informatica dell’Università di Aarhus. Nell’ambito del progetto STARDUST, finanziato dall’UE, l’équipe di Moradi ha concepito una nuova soluzione intesa a ripristinare la funzione motoria nei pazienti con morbo di Parkinson. STARDUST ha sviluppato un nuovo dispositivo impiantabile, noto come Dust, che consente di somministrare farmaci in modo controllato per il trattamento di questa patologia in un modello murino. Il dispositivo si avvale della luce per attivare proteine specifiche nel cervello, attraverso un processo chiamato optogenetica. «Proponiamo di utilizzare la neuromodulazione optogenetica per normalizzare la funzione motoria del globo pallido esterno (GPe), un nucleo contenuto nei gangli basali la cui attività subisce un’alterazione nel corso dello sviluppo del morbo di Parkinson», afferma Moradi. «Per raggiungere quest’area del cervello, abbiamo proposto un dispositivo completamente impiantabile in grado di diffondere la lunghezza d’onda della luce necessaria per bersagliare questi circuiti neurali specifici», aggiunge il ricercatore. «Il dispositivo permette di effettuare esperimenti di optogenetica in animali che si muovono liberamente, registrando dati, comunicando via wireless e somministrando farmaci a livello locale.»
Sperimentazioni sui topi con proteine reattive alla luce
Per valutare l’efficienza del dispositivo nella produzione di una risposta locomotoria, la squadra di ricerca ha svolto una serie di sperimentazioni. Innanzitutto, l’équipe ha impiantato dispositivi «fittizi» nei topi sperimentali per trovare il miglior modo di installarli insieme a un trasduttore. Ai topi è stata quindi somministrata la canalrodopsina, una proteina reattiva alla luce, nella corteccia cerebrale tra le 8 e le 10 settimane prima del trapianto dei dispositivi prototipo. Sebbene questi dispositivi fossero attivi durante le sperimentazioni, non sembra che abbiano fornito alcuna risposta comportamentale nei topi. Ciò potrebbe essere dovuto a varie ragioni, tra cui un’insufficiente intensità della luce per innescare l’attivazione neuronale in vivo o la perdita dell’allineamento tra il trasduttore e il dispositivo in seguito all’impianto. «Sfortunatamente, in qualche modo l’integrazione dei componenti non ha avuto successo, il che ha influenzato significativamente gli studi in vivo», dichiara.
Risultati iniziali promettenti
Ciononostante, il progetto STARDUST ha avuto diversi sviluppi promettenti. Il team ha realizzato una serie di strumenti optogenetici molecolari per l’applicazione eccitatoria o inibitoria, ottimizzando inoltre le prestazioni della canalrodopsina nel modello murino. «Grazie alla fotoattivazione dei neuroni GPe, siamo riusciti ad alleviare una vasta gamma di comportamenti motori anomali che ricordano i sintomi avvertiti dai pazienti con morbo di Parkinson», spiega Moradi. «Questi risultati sottolineano l’importanza del GPe nella fisiopatologia della malattia.» I ricercatori hanno inoltre sviluppato un sistema di somministrazione controllata dei farmaci innescato dalla luce che si basa sui polimeri, in grado di attivarsi a seguito di esposizione alla luce UV e di disattivarsi con luce verde.
Sviluppo futuro del dispositivo
Ora che il progetto si è concluso, gli scienziati continueranno la ricerca seguendo diversi percorsi. «Una direzione di lavoro riguarda lo sviluppo del dispositivo attraverso bandi come il piano Transizione del Consiglio europeo per l’innovazione», afferma Moradi. «Un’altra è quella di proseguire con i lavori effettuati nell’ambito neuroscientifico dello studio, allo scopo di raggiungere diverse regioni del cervello. Questo percorso ci aiuterà a rispondere a interrogativi nel campo della neuroscienza con una tecnologia abilitante, arrivando a regioni irraggiungibili mediante l’impiego dei dispositivi convenzionali esistenti.»
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