Ricerche

Esempio di fibra incorporabile che userà il team di Jia (Foto: Ben Murphy / Virginia Tech)

Ogni 65 secondi negli USA un individuo sviluppa il morbo di Alzheimer (MA), una forma devastante di demenza che colpisce 6,2 milioni di americani. Sebbene sia stato identificato quasi 120 anni fa, il MA è un disturbo neurologico progressivo senza cura e pochi trattamenti. Inizia con una piccola perdita di memoria che, nel tempo, diventa un declino mentale così grave, da provocare perfino difficoltà a deglutire.

Xiaoting Jia, prof.ssa associata al Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica del Virginia Tech, è stata toccata direttamente e crudelmente dal MA che ha devastato la mente di sua nonna, distruggendo i ricordi di una vita lunga e amata.

"Il MA è un problema devastante, ho visto in prima persona quanto brutto può essere", ha detto la Jia. "È per questo che mi coinvolge come ingegnere elettrico. Voglio costruire strumenti e cercare di aiutare i neuroscienziati a risolvere i problemi cerebrali".

È questa connessione personale che rende così pregnante la sovvenzione di breve termine ricevuta dai National Institutes of Health.

Costruire una nuova fibra

La Jia, pioniera nel campo delle fibre neurali, ha collaborato con Harald Sontheimer, professore e presidente di neuroscienze all'Università della Virginia, e con il collega esperto di scansione cerebrale Song Hu, professore associato di ingegneria biomedica alla Washington University di St. Louis, per sviluppare un nuovo strumento neurale: una fibra multiuso per il cervello profondo.

Il loro obiettivo? Rallentare o invertire la perdita di memoria.

"Quello che stiamo facendo qui insieme è creare un dispositivo per visualizzare l'accumulo di biomarcatori che sono colpevoli del MA", ha detto Sontheimer. "Di solito non puoi accedere o vedere quella parte del cervello, ma questo dispositivo fornirà l'accesso all'ippocampo, la sede della conservazione e della memoria spaziale".

Il team ha un anno per costruire una fibra poco invasiva a lungo termine, spessa poco più di un capello, per studiare quei biomarcatori, inclusi i depositi spessi di proteine chiamati placche amiloidi nell'ippocampo.

Gli attuali strumenti elettrici e di scansione dei neuroscienziati, come la risonanza magnetica o l'elettroencefalogramma, sono limitati nella risoluzione, sia temporale che spaziale. Alcuni sono anche invasivi come i grandi elettrodi con cui i medici devono 'pescare' qua e là nel tentativo di stimolare elettricamente il cervello profondo.

"Un grosso problema nella ricerca di MA è che ci sono molte disfunzioni nel cervello che hanno a che fare con i cambiamenti neurovascolari", ha detto Hu, "ma non comprendiamo perfettamente come tali cambiamenti influiscono sulla perdita di memoria e sui comportamenti che alla fine deteriorano la vita. Le tecniche convenzionali hanno fornito informazioni importanti sui neuroni e sulla vascolarizzazione, ma c'è un limite nella tecnologia".

La super fibra costruita da Jia si distinguerà da altre tecnologie esistenti grazie alla piattaforma polimerica flessibile. Poco o nessun danno al tessuto cerebrale e il potenziale di lunga durata implicano meno interventi chirurgici complicati e più tempo con la famiglia.

Sconfiggere i depositi

"I depositi di amiloide sono la caratteristica principale del MA e iniziano a svilupparsi anni, persino decenni, prima che le persone mostrino sintomi", ha detto la Jia. "È ancora un mistero come iniziano a formarsi i depositi".

Secondo la Jia, non esiste una relazione causale confermata tra MA e depositi, non ancora. Tuttavia, la relazione tra l'accumulo di placche e l'insorgenza dei sintomi è l'obiettivo guida della ricerca del team; ogni ricercatore controlla un componente chiave per creare questa fibra, prima nel suo genere:

• sulla base delle competenze evidenziate nel suo premio National Science Foundation Faculty Early Career Development, la Jia otterrà termicamente una fibra multifunzionale per la stimolazione elettrica e la consegna di farmaci, lasciando un nucleo vuoto;
• in quel nucleo entrerà l'endoscopio a doppia modalità di Hu per catturare due diversi tipi di immagini nel cervello;
• Sontheimer svilupperà l'impianto 'cronico' della fibra combinata e monitorerà la biocompatibilità.

L'obiettivo principale del team è usare l'endoscopio che fornirà immagini per osservare la neuroattività, le fasi iniziali della deposizione di amiloide e il flusso nei vasi sanguigni. Il team userà questi dati per analizzare la relazione perdita memoria-amiloide.

Il secondo obiettivo è inviare impulsi elettrici, e poi farmaci anti-amiloide, nella speranza di ristabilire il flusso sanguigno e l'ossigenazione ai neuroni morti e ripristinare la memoria. Sembra complesso, e lo è, soprattutto perché il team ha solo 12 mesi per sviluppare e testare due prototipi.

"È un obiettivo molto ambizioso fare tutto questo in un anno", ha detto la Jia. "Il cervello è complesso con oltre 80 miliardi di neuroni e siamo ancora indietro nella comprensione di come funziona e come si formano le malattie".

Raggiungere gli obiettivi consentirà al team delle fibre di cercare ulteriori finanziamenti pluriennali dai National Institutes of Health. La speranza finale? I ricercatori vogliono dimostrare che la loro tecnologia ha la possibilità di migliorare la qualità della vita dei milioni di americani colpiti dal MA.