La stimolazione artificiale dei nervi, ad esempio per trattare il dolore cronico, è una pratica in continua evoluzione. Tuttavia, quando si tratta di nervi sottili, la connessione di elettrodi adeguati risulta particolarmente complessa. Affrontando questa sfida, un team di ricercatori provenienti dall’Università Tecnica di Monaco (TUM) e da NTT Research ha sviluppato una soluzione innovativa: elettrodi flessibili prodotti tramite la stampa 4D. Questi elettrodi, una volta a contatto con l’umidità, si adattano e si avvolgono intorno ai delicati nervi.
Il nostro sistema nervoso controlla i movimenti attraverso impulsi elettrici, che viaggiano da cellula nervosa a cellula nervosa, innescando reazioni come le contrazioni muscolari.
Tuttavia, è possibile anche stimolare artificialmente le cellule nervose, ad esempio, attraverso l’invio di impulsi elettrici tramite elettrodi applicati o impiantati sui nervi. Questa tecnica, nota come stimolazione dei nervi periferici, trova impiego nel trattamento di condizioni come il dolore cronico e l’apnea notturna. Già nella pratica clinica, la stimolazione del nervo vago viene utilizzata per trattare la depressione e l’epilessia. Tuttavia, questa pratica risulta più impegnativa quando si tratta di nervi sottili, come quelli con un diametro che varia da pochi micrometri fino a diverse centinaia.
La tecnologia della stampa 4D apre nuove prospettive, consentendo di realizzare forme complesse. Quando gli oggetti stampati in 3D sono successivamente modellati in modo mirato, ad esempio attraverso l’uso dell’umidità o del calore, si parla di stampa 4D. I ricercatori del laboratorio di informatica medica e sanitaria (MEI) presso TUM e NTT Research hanno sfruttato questa tecnologia per sviluppare elettrodi stampati in 4D che, una volta inseriti nel tessuto corporeo umido, si chiudono attorno ai nervi più sottili. Il processo inizia con la stampa 3D degli elettrodi, il che permette di regolarne flessibilmente forma, diametro e altre caratteristiche.
Gli elettrodi sono rivestiti con un idrogel biocompatibile sulla superficie esterna, che si gonfia a contatto con l’umidità, mentre il materiale interno rimane flessibile senza gonfiarsi. Questa particolare struttura consente agli elettrodi di chiudersi ad anello attorno ai nervi quando si verifica umidità.
All’interno degli elettrodi, vi è un rivestimento strutturato in titanio-oro che facilita la trasmissione dei segnali elettrici tra gli elettrodi e le fibre nervose. “Il contatto ravvicinato tra gli elettrodi piegati e i nervi ci consente di utilizzare gli elettrodi sia per la stimolazione dei nervi che per la registrazione dei segnali nervosi”, spiega il professor Bernhard Wolfrum, esperto di neuroelettronica presso l’Istituto di Ingegneria Biomedica di Monaco (MIBE) di TUM e responsabile dello studio. Ciò apre nuove possibilità per future applicazioni.
I nuovi elettrodi a cuffia neuronale autopieganti potrebbero avere diverse applicazioni biomediche nel prossimo futuro, inclusi miglioramenti per l’apnea notturna. Nel caso dell’apnea notturna, la lingua può ricadere nella gola e bloccare temporaneamente le vie aeree, causando problemi respiratori. Stimolare i muscoli responsabili di spingere la lingua in avanti può risolvere questo problema. Tuttavia, attualmente è difficile stimolare in modo selettivo solo i muscoli responsabili del movimento della lingua in avanti. Qui entrano in gioco gli elettrodi flessibili, che potrebbero offrire una soluzione per stimolare i nervi in modo più mirato, come afferma il professor Clemens Heiser, medico senior presso il Dipartimento di Medicina dell’Orecchio, del Naso e della Gola presso l’Ospedale Universitario Rechts der Isar di TUM.
L’utilizzo degli elettrodi pieghevoli si è dimostrato efficace e sicuro nel team di ricerca durante i test su locuste, dove sottili nervi con un diametro di 100 micrometri sono stati rivestiti senza causare danni. Questo successo apre la strada all’eventuale utilizzo clinico più ampio degli elettrodi in un prossimo futuro. Con l’avanzamento di questa tecnologia, gli elettrodi potrebbero diventare uno strumento cruciale per estendere le potenziali applicazioni della stimolazione dei nervi periferici in campo medico.
