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Lo sviluppo del grafene, un metamateriale altamente avanzato con molte proprietà uniche e svariate, può portare a nuove interessanti applicazioni nella diagnosi e nel trattamento delle malattie neurologiche, secondo un rapporto apparso nel numero di maggio di Neurosurgery, la rivista ufficiale del Congress of Neurological Surgeons.

Tobias A. Mattei, MD, dell'Invision Health/Brain & Spine Center di Buffalo (New York) e Azeem A. Rehman, BS, del College of Medicine della University of Illinois di Peoria, presentano una anticipazione dello sviluppo di metamateriali basati sul grafene che possono portare a nuovi progressi in diverse aree della neurochirurgia.

Mattei e Rehman scrivono: "Come specialità chirurgica che si basa molto sulle innovazioni tecnologiche, si prevede che la neurochirurgia potrà trarre benefici significativi da vari sviluppi tecnologici basati sul grafene, nei prossimi decenni".

Il grafene ha proprietà "molto ragguardevoli"...

«Metamateriale» progettato artificialmente, con proprietà di solito non presenti in natura, il grafene è composto da un singolo strato di atomi di carbonio in uno schema di «reticolo a nido d'ape». Gli sviluppatori del grafene sono stati insigniti del Premio Nobel per la Fisica nel 2010; si stanno ora investendo ingenti risorse in ulteriore ricerca e sviluppo.

Il grafene ha una serie di proprietà «molto ragguardevoli», che lo rendono diverso da qualsiasi altro materiale. Unisce l'alta resistenza meccanica, mai rilevata in qualsiasi materiale, naturale o artificiale, con una grande leggerezza e un'elevata elasticità. Il grafene ha anche proprietà ottiche e fototermiche uniche che, tra l'altro, permettono di rilasciare energia sotto forma di calore in risposta allo stimolo luminoso. Inoltre, il grafene ha una conducibilità elettrica molto elevata, nonché una elevata superficie che permette una «biofusione efficiente» con le comuni biomolecole.

Alcuni anni fa, il grafene era uno dei materiali più costosi sulla Terra. Tuttavia, con l'aumento della produzione industriale, il prezzo sta calando rapidamente. Il grafene è stato sviluppato per l'uso in una vasta gamma di tecnologie, come ad esempio i display flessibili a cristalli liquidi e i dispositivi elettronici, i nuovi tipi di circuiti elettrici integrati e le microbatterie agli ioni di litio, solo per citarne alcuni. E' anche molto promettente per essere impiegato in vari tipi di dispositivi biomedici, molti dei quali sono rilevanti per le condizioni trattate dai neurochirurghi.

... con molte applicazioni promettenti in neurochirurgia

Mattei e Rehman delineano alcune delle ricerche scientifiche in prima linea che esplorano le capacità e le possibilità di utilizzo del grafene. Dato che lo sviluppo continua, i metamateriali basati su grafene potrebbero contribuire ai progressi in diverse aree della neurochirurgia, tra cui:

• Trattamento del cancro. Le nanoparticelle di grafene possono avere un ruolo nella diagnostica per immagini che mirano il tumore, così come nei nuovi possibili approcci terapeutici che coinvolgono la stimolazione fototermica o a campo elettrico alternato.
• Monitoraggio Unità di Terapia Intensiva. Nuovi biosensori elettrochimici ed ottici possono fornire nuovi approcci per il monitoraggio neurologico dei pazienti con ictus o traumi cerebrali.
• Neuroregenerazione. I materiali di grafene possono essere usati nelle nuove strategie per promuovere la rigenerazione dei tessuti del sistema nervoso; per esempio le scaffalature rivestite di grafene per stimolare la crescita dei nervi periferici feriti.
• Neurochirurgia Funzionale. Sistemi migliorati di monitoraggio elettrofisiologico possono aiutare nell'eseguire interventi chirurgici ad alta precisione sul cervello, nei pazienti con patologie tipo l'epilessia e i disturbi del movimento.
• Chirurgia spinale. Macchinari basati su grafene ad alta resistenza possono rappresentare la prossima generazione di strumentazione per la chirurgia spinale.

Tuttavia, c'è ancora molto lavoro prima che tutti questi progressi diventino realtà. Anche se il grafene ha dimostrato di essere biocompatibile, è necessaria altra ricerca di base per esaminare gli effetti biologici a lungo termine delle protesi di grafene e per rispondere ad altri importanti quesiti clinici.

Mattei e Rehman concludono che "una maggiore consapevolezza delle ricerche di prima linea in corso sul grafene, potrebbe consentire alla comunità neurochirurgica di sfruttare adeguatamente le applicazioni tecnologiche che un tale nuovo metamateriale può offrire alla neurochirurgia sperimentale e alla clinica nel prossimo futuro".

Fonte:  Wolters Kluwer Health: Lippincott Williams & Wilkins  (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Tobias A. Mattei, Azeem A. Rehman. Technological Developments and Future Perspectives on Graphene-Based Metamaterials. Neurosurgery, 2014; 74 (5): 499 DOI: 10.1227/NEU.0000000000000302

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