Gli impianti che regolano l'attività elettrica nel cervello sono usati da decenni per trattare i sintomi del Parkinson. La ricerca sta sviluppando soluzioni nuove per estenderne funzioni ed efficacia.
Un nuovo design potrebbe migliorare notevolmente l'uso di uno stimolatore cerebrale come questi, grazie a speciali generatori triboelettrici integrati che convertono la respirazione di un utente in elettricità.
Come funziona la stimolazione cerebrale profonda
La stimolazione cerebrale profonda prevede l'impianto di minuscoli fili in aree mirate del cervello per fornire lievi impulsi elettrici, che intervengono per correggere l'attività elettrica anormale del cervello.
Si tratta di una tecnica approvata ormai 25 anni fa, nel 1997, per il trattamento dei tremori provocati dal Parkinson. Di recente, però, abbiamo visto scienziati adattarla per trattare la depressione e il comportamento impulsivo, con promettenti risultati iniziali.
Centinaia di migliaia di pazienti ogni anno ricevono uno stimolatore cerebrale. Il dispositivo principale viene posizionato sotto il torace, e le sue sottilissime diramazioni viaggiano fino al cervello. Nella loro forma attuale, i dispositivi funzionano con batterie che vanno sostituite ogni due o tre anni, ed ogni volta serve una procedura chirurgica per farlo. Decisamente troppo scomodo.
Alimentati dal respiro
Una probabile svolta è arrivata di recente dalle nuove soluzioni adottate per il pacemaker cardiaco. È un dispositivo che ha molti punti in comune con uno stimolatore cerebrale. I ricercatori hanno sviluppato pacemaker sperimentali che possono essere alimentati dai muscoli del corpo, ad esempio, o persino dagli stessi battiti del cuore.
Gli scienziati dell'Università del Connecticut hanno applicato questo principio anche alla stimolazione cerebrale profonda. La loro creazione si basa sull'effetto triboelettrico, in cui alcuni materiali si caricano elettricamente quando si sfregano l'uno contro l'altro, avete presente quando indossate un maglioncino e prendete una scossetta?
Lo stimolatore cerebrale sviluppato dal team americano (vi linko qui lo studio pubblicato sulla rivista Cell Reports Physical Science) è in grado di raccogliere energia attraverso i movimenti respiratori di una persona.
Come è fatto questo stimolatore cerebrale di nuova generazione?
L'impianto è costituito da strati di materiali triboelettrici che generano elettricità dall'attrito. Questa elettricità carica un supercondensatore biocompatibile, che a sua volta alimenta lo stimolatore cerebrale.
"Abbiamo creato il nostro minuscolo generatore triboelettrico grazie a nuovi nanomateriali che innescano una notevole produzione di energia quando entrano in contatto tra loro. Energia più che sufficiente a far funzionare lo stimolatore", afferma l'autrice dello studio Esraa Elsanadidy.
Stimolatore cerebrale alimentato dalla respirazione, i prossimi passi
Il team ha testato il dispositivo su un polmone di maiale che poteva essere gonfiato e sgonfiato tramite una pompa. Questa respirazione simulata ha causato lo sfregamento tra i materiali triboelettrici e la generazione di elettricità, che lo stimolatore è ha sfruttato per creare 60 impulsi elettrici al secondo. Impulsi che hanno stimolato con successo il tessuto cerebrale di un topo.
“È il primo sistema al mondo che mette insieme tutto: raccolta di energia, accumulo di energia e stimolatore cerebrale", afferma il membro del team Islam Mosa.
Il prossimo passo cui lavorano i ricercatori è il test su animali di grandi dimensioni. Se tutto va bene, in poco tempo otterremo impianti molto più efficaci e agevoli da "indossare".
