La stimolazione cerebrale profonda sta ottenendo bei risultati su disturbi neurologici come il Parkinson e l'epilessia, ma richiede impianti chirurgici. Idem l'optogenetica, per la quale serve impiantare fibre ottiche sul cervello.
Un team multidisciplinare della Washington University di St. Louis ha sviluppato una nuova tecnica di stimolazione cerebrale. Si chiama Sonotermogenetica, e utilizza ultrasuoni focalizzati in grado di attivare e disattivare specifici tipi di neuroni nel cervello. È in grado di controllare con precisione l'attività motoria senza l'impianto di dispositivi chirurgici.
Perchè si chiama sonotermogenetica?
Il team, guidato da Hong Chen, assistente professore di ingegneria biomedica e radiazioni oncologiche, è il primo a fornire prove dirette del funzionamento di questa tecnologia. Una combinazione dell'effetto di riscaldamento indotto dagli ultrasuoni e della genetica. È anche il primo lavoro a dimostrare che la Sonotermogenetica può controllare in modo robusto il comportamento stimolando un bersaglio specifico in profondità nel cervello.
I risultati dei tre anni di ricerca, finanziati in parte dalla BRAIN Initiative del National Institutes of Health, sono stati pubblicati online su Brain Stimulation il 10 maggio 2021.
La ricerca sulla Sonotermogenetica
Il gruppo di ricerca senior comprendeva esperti rinomati nei loro campi, provenienti da diverse università. Una tecnica come quella della Sonotermogenetica non poteva che essere messa a punto a partire da conoscenze diverse: ingegneria biomedica, radiologia, fisica, medicina, anestesiologia e farmacologia.
"Il nostro lavoro ha fornito la prova che la sonotermogenetica evoca risposte comportamentali nei topi", dice Chen. "La sonotermogenetica ha il potenziale per trasformare i nostri approcci di ricerca, e scoprire nuovi metodi per comprendere e trattare i disturbi del cervello umano".
Come funziona
Utilizzando un modello murino, Chen e il team hanno consegnato un costrutto virale contenente canali ionici TRPV1 a neuroni geneticamente selezionati. Quindi, tramite un dispositivo indossabile hanno fornito un piccolo aumento di calore tramite ultrasuoni focalizzati a bassa intensità ai neuroni selezionati nel cervello. Il calore, solo pochi gradi più caldo della temperatura corporea, ha attivato il canale ionico TRPV1, che ha agito come un interruttore per accendere o spegnere i neuroni.
"Possiamo spostare il dispositivo a ultrasuoni indossato sulla testa dei topi che si muovono liberamente per raggiungere diverse posizioni nell'intero cervello", dice Yaoheng Yang, primo autore dell'articolo.
Non essendo invasiva, questa tecnica ha il potenziale per essere scalata fino a grandi animali e in futuro all'uomo.
La sonotermogenetica promette di mirare a qualsiasi posizione nel cervello con precisione millimetrica, senza causare alcun danno.
