Gli scienziati della Ohio State University hanno testato con successo in laboratorio un minuscolo biosensore cerebrale che hanno sviluppato in grado di rilevare biomarcatori legati a lesioni cerebrali traumatiche. Gli studiosi hanno affermato che il loro biosensore cerebrale impermeabile include una “combinazione di caratteristiche senza precedenti” che potrebbe consentirgli di rilevare i cambiamenti nelle concentrazioni di varie sostanze chimiche nel corpo e inviare i risultati ai ricercatori in tempo reale.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Small.
Biosensore cerebrale impermeabile: ecco com’è e come funziona
Il chip è flessibile e più sottile di un capello umano, il che lo rende minimamente invasivo per l’uso nel cervello: “Abbiamo molta strada da fare dai nostri test in laboratorio, ma questi risultati sono stati molto incoraggianti“, ha affermato il coautore dello studio Jinghua Li, assistente professore di scienza dei materiali e ingegneria presso l’Ohio State.
Sebbene un biosensore cerebrale come quello sviluppato dal team possa avere molti potenziali usi, Li e i suoi coautori si sono particolarmente concentrati in questo studio su come il sensore potrebbe essere utilizzato per monitorare i pazienti con lesioni cerebrali traumatiche (TBI).
Dopo una tale lesione, possono verificarsi danni secondari che possono essere rilevati dai cambiamenti nelle concentrazioni di ioni sodio e potassio nel liquido cerebrospinale del cervello , ha detto Li, che è un membro del programma CBI (Cronic Brain Injury) dello Stato dell’Ohio: “Vogliamo un biosensore in grado di monitorare continuamente i tessuti cerebrali per rilevare i cambiamenti nelle concentrazioni di ioni nel liquido spinale cerebrospinale“, ha affermato.
“Questi cambiamenti emergono allo stato secondario di trauma cranico come un segnale di avvertimento precoce del peggioramento della condizione“, ha continuato Li. I ricercatori hanno testato il biosensore in una soluzione artificiale che hanno creato per imitare il liquido cerebrospinale e hanno scoperto che potrebbe rilevare con precisione i cambiamenti nei livelli di ioni potassio e sodio che sono importanti nel trauma cranico.
Oltre ai test con il liquido cerebrospinale artificiale, il team ha anche testato il biosensore nel siero del sangue umano, in cui hanno monitorato con successo i livelli di pH.
Come funziona? Il biosensore cerebrale è dotato di componenti elettronici (noti come transistor ad effetto di campo) che, rilevando la sostanza chimica di interesse, producono un segnale elettrico che può essere rilevato e analizzato all’esterno del corpo. È importante sottolineare che i ricercatori hanno sviluppato standard di calibrazione che affrontano quello che viene chiamato il problema della “diafonia“.
“Quando creiamo un sensore biochimico, vogliamo assicurarci che il dispositivo risponda solo alle sostanze chimiche specifiche a cui siamo interessati e ignori la diafonia di altri biomarcatori”, ha affermato Li. “Questo è difficile da fare in un sistema complesso come il nostro corpo”. Mentre un biosensore cerebrale deve essere in grado di rilevare i cambiamenti nei fluidi nel cervello, l’elettronica nel chip deve essere protetta da questi stessi fluidi.
Secondo lo studio, un incapsulamento impermeabile costituito da un sottile film di biossido di silicio, forgiato a temperature superiori a 1.000 gradi Celsius, ha fornito un’elevata integrità strutturale come materiali barriera in un ambiente fluido. Quanto tempo potrebbe durare l’incapsulamento in un corpo umano? I ricercatori hanno testato il materiale in vari modi, ad esempio collocandolo in fluidi riscaldati e in sostanze con diversi livelli di pH.
I risultati suggeriscono che l’incapsulamento impermeabile con uno spessore di diverse centinaia di nanometri potrebbe durare almeno alcuni anni a temperatura corporea e forse molto più a lungo, ha detto Li. Il problema più grande in questo momento riguarda gli elementi di rilevamento chimico, che secondo lo studio funzionerebbero solo per poche settimane.
Ci sono altri problemi che devono essere risolti prima che il biosensore cerebrale sia pronto per essere testato su modelli animali e umani. La risposta dei biotessuti al sensore per un periodo prolungato necessita di ulteriori studi. Ci sono ancora problemi con la diafonia da risolvere, considerando la complessità del biosistema e questioni su come produrre in serie i sensori, tra le altre questioni.
Nonostante certe perplessità, questo studio fornisce ulteriori prove del fatto che questi sensori hanno un vero futuro nell’assistenza sanitaria. Li ha detto che crede che i biosensori potrebbero essere usati per analizzare non solo ioni e neurotrasmettitori, come in questo studio, ma possibilmente peptidi, proteine, acidi nucleotidici e altre sostanze chimiche nel corpo. Potrebbe essere una svolta non solo per il trauma cranico, ma anche per altre malattie croniche come il morbo di Parkinson e l’Alzheimer.
“Riteniamo che l’acquisizione e l’analisi dei dati sanitari che potremmo ottenere con i biosensori siano cruciali per monitorare le condizioni di salute di lunga durata per l’intervento precoce e il trattamento delle malattie“, ha concluso.
