La Stampa 3d per la creazione di un nuovo tipo di sonda neurale ad alta densità.

I ricercatori di Carnegie Mellon sono pionieri del nuovo metodo di stampa 3D per sonde neurali

I ricercatori della Carnegie Mellon University hanno ricevuto $ 1,95 milioni dal National Institutes of Health (NIH) per esplorare l’uso di un processo di produzione additiva a basso costo per la creazione di un nuovo tipo di sonda neurale ad alta densità. Le sonde stampate in 3D, che saranno sviluppate utilizzando un nuovo processo di stampa 3D basato sulla tecnologia aerosol, verranno utilizzate per registrare i dati neurologici.

La sovvenzione di quasi 2 milioni di dollari, concessa ai ricercatori Rahul Panat ed Eric Yttri, fa parte del progetto federale Brain Research attraverso Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) e cerca di guidare il lavoro svolto dal team di ricerca. Il denaro del NIH aiuterà i ricercatori a sperimentare un metodo di produzione “completamente nuovo” per la produzione di sonde neurali.

La nuova tecnologia, che si basa sulla stampa di nanoparticelle 3D, dovrebbe aumentare l’accessibilità al tessuto cerebrale e il numero di elettrodi che possono essere inseriti in una piccola area. La tecnica consentirà inoltre ai ricercatori di prototipare facilmente nuove configurazioni di elettrodi in poche ore, creando un potenziale di personalizzazione senza precedenti.

Panat, professore associato di ingegneria meccanica e membro del Next Manufacturing Center di Carnegie, ha dichiarato del progetto: “Questa ricerca propone di utilizzare un nuovo metodo di produzione additiva che utilizza la stampa di nanoparticelle 3D per fabbricare sonde neurali personalizzabili ad altissima densità, come come interfacce cervello-macchina o BMI. La densità di registrazione delle sonde sarà un ordine di grandezza superiore a quello effettuato con qualsiasi metodo attuale. ”

Le sonde neurali, che sono essenzialmente piccoli impianti per il cervello, consentono ai ricercatori medici di valutare la funzione del cervello e di stimolare alcune parti del cervello. Oggi, la maggior parte delle sonde neurali sono costituite da array 2D e 3D di elettrodi di silicio, che, sebbene per lo più efficaci, sono delicati e costosi. Questi due fattori, insieme al fatto che hanno una bassa densità di elettrodi e non sono adatti per la neuroprotesica di precisione, hanno limitato la loro applicazione nella ricerca medica.

Il nuovo approccio proposto dal team Carnegie Mellon potrebbe superare questi problemi e presentare una soluzione economica, affidabile e di alta qualità. In breve, Panat e Yttri stanno sviluppando una tecnica di stampa 3D in grado di produrre sonde neurali personalizzabili che potrebbero “cambiare il corso della ricerca sulle neuroscienze”.

“Con la risonanza magnetica possiamo vedere l’intero cervello, ma la risoluzione temporale e spaziale non è dove abbiamo bisogno che siano”, ha spiegato Yttri, un assistente professore di scienze biologiche. “Gli elettrodi possono darci una risoluzione di un singolo neurone di millisecondi, ma anche con i progressi più recenti potresti essere in grado di ottenere informazioni da 300 o 400 neuroni alla volta. Con la mia esperienza nelle neuroscienze e la pionieristica tecnica di stampa 3D di Rahul basata sulla tecnologia dell’aerosol, abbiamo deciso di unire i nostri interessi per colmare questo divario che esiste tra i due modi in cui la neuroscienza è classicamente svolta. “

Una delle prime grandi pietre miliari del progetto di ricerca sarà la produzione del primo array di microelettrodi stampato interamente in 3D, che sarà più personalizzato di qualsiasi altro array di elettrodi nella storia.

“Se vuoi un elettrodo, in genere vai da un fornitore che offre 10 opzioni e devi far funzionare una di quelle opzioni per qualsiasi esperimento”, ha affermato Yttri. “Stampando in 3D gli elettrodi con il nostro metodo ad alta produttività, possiamo mettere i siti di registrazione vicini o lontani come vorremmo. E la natura della struttura degli elettrodi significa che possono essere impiantati nel cervello molto più facilmente e con meno danni rispetto allo stato dell’arte attuale. ”

Mentre la ricerca avanza, il team spera che la sua tecnologia innovativa avrà applicazioni nella realizzazione di dispositivi medici di precisione, come interfacce cervello-macchina (BMI) che possono essere personalizzate in base alla struttura cerebrale del paziente e utilizzate per sviluppare trattamenti per le malattie neurodegenerative.

“Stiamo applicando i più recenti progressi nella produzione di microelettronica alle neuroscienze al fine di realizzare la prossima generazione di strumenti per l’esplorazione del cervello”, ha concluso Panat. “Questa ricerca porterà a una mappatura 3D più precisa dei circuiti neurali e dei dispositivi neuroprotesici di precisione in grado di ripristinare significativamente più la funzionalità precedentemente persa dei pazienti. La ricerca porterà anche a nuove strade per il trattamento di malattie neurodegenerative come la paraplegia e l’epilessia “.

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