Immaginate di poter risvegliare la speranza dove la lesione ha lasciato solo silenzio. Un team di ricercatori ha messo a punto una tecnologia all’avanguardia che utilizza impulsi elettrici wireless per guidare le cellule staminali verso la riparazione del midollo spinale. Si tratta di una tecnica innovativa sviluppata dai ricercatori ENEA, l’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile, nell’ambito del progetto europeo RISEUP, al quale partecipano in Italia anche il BioEM Lab, DIET, Università Sapienza di Roma e l’azienda RISE Technology.
In particolare, è stato realizzato un dispositivo in grado di stimolare cellule staminali trapiantate nel midollo spinale lesionato, grazie a un elettrodo innovativo i cui impulsi elettrici favoriscono il loro differenziamento in neuroni. Ne abbiamo parlato con la responsabile ENEA del progetto, la ricercatrice Claudia Consales del Dipartimento Sostenibilità.
Dottoressa, può spiegarci più nel dettaglio il meccanismo con cui questi impulsi elettrici wireless favoriscono il differenziamento delle cellule staminali in neuroni, con particolare riferimento alla modulazione delle oscillazioni del calcio intracellulare?
«La parte più innovativa del progetto risiede nell’utilizzo di impulsi elettrici ultra-brevi, noti in biologia e medicina per la loro capacità di formare dei pori sulla membrana cellulare. A seconda dell’intensità, possiamo consentire o meno la chiusura di questi pori. Tradizionalmente gli impulsi vengono utilizzati per uccidere cellule tumorali o per la terapia genica. Noi abbiamo esplorato un’altra loro capacità: modulare i flussi di calcio all’interno della cellula, anche a intensità tali da non causare la formazione permanente di pori.
Il calcio è un importantissimo messaggero che permette alla cellula di recepire le informazioni esterne e rispondere. È particolarmente rilevante nei processi di neurogenesi e nella maturazione dei neuroni nel sistema nervoso centrale. Abbiamo, quindi, sviluppato un protocollo di stimolazione che, applicato a cellule staminali neuronali, potesse indurne la maturazione in neuroni. La nostra idea era di testare questa strategia nelle lesioni del midollo spinale, immaginando che le cellule staminali trasformate in neuroni potessero contribuire alla rigenerazione del tessuto danneggiato».
È stato sviluppato un dispositivo totalmente biocompatibile per questo approccio. Rispetto ai trattamenti tradizionali per le lesioni del midollo spinale, avete riscontrato differenze significative nell’integrazione delle cellule staminali e nella riduzione della risposta infiammatoria?
«Il nostro dispositivo è innovativo perché ci permette di stimolare le cellule direttamente all’interno della lesione in modo elettrificato. La stimolazione avviene in maniera wireless grazie a una capsula collegata a un elettrodo completamente flessibile. Questo viene appoggiato sulla regione lesionata del midollo spinale, mentre la capsula viene impiantata sottocute. La capsula è dotata di una piccola cella solare che, illuminata con un fascio di luce, consente il rilascio dello stimolo all’interno della lesione.
Grazie a questa strategia, si riduce notevolmente l’invasività dell’approccio. L’impianto, con l’elettrodo immerso nel materiale biocompatibile, favorisce l’attecchimento delle cellule. In questo modo si riesce a modificare il loro fenotipo, incrementando il loro numero e differenziandole. Inoltre, abbiamo osservato un effetto significativo sull’infiammazione, sia in vitro che in vivo, con una riduzione della risposta infiammatoria.
Questo è un aspetto cruciale perché l’infiammazione gioca un ruolo determinante nella gravità delle lesioni del midollo spinale. I neuroni riescono a entrare e migrare all’interno della lesione».
Siete nella fase finale del progetto. Ci sono già idee per ulteriori fasi di sperimentazione in futuro? Si potrebbe applicare questo metodo ad altri specifici tipi di patologie o applicazioni mediche?
«L’aspetto più importante del progetto RISEUP è la tecnologia che abbiamo sviluppato. L’elettrodo è estremamente sottile, solo 40 micron, e completamente flessibile grazie al materiale di cui è composto. Questo gli permette di adattarsi a qualsiasi curvatura dell’organismo. Inoltre, si possono rilasciare diversi tipi di correnti elettriche con questo elettrodo. Non solo impulsi caratterizzati da alta intensità e brevissima durata, ma anche corrente continua, nota per le sue capacità antinfiammatorie che abbiamo ulteriormente evidenziato.
Questa versatilità rende la tecnologia applicabile a diverse altre patologie. Gli impulsi possono essere utilizzati per veicolare farmaci in modo mirato nelle regioni malate o danneggiate. Bisogna considerare che, nel nostro modello animale – il ratto – l’elettrodo è piccolissimo. Quindi, le potenziali applicazioni future sono molteplici, sia per le capacità antinfiammatorie che per la veicolazione di farmaci».
