Bioinformatica

Un nuovo neurostimolatore sviluppato dagli ingegneri dell'UC Berkeley può percepire e stimolare la corrente elettrica nel cervello allo stesso tempo, offrendo trattamenti mirati ai pazienti con malattie come l'epilessia e il Parkinson.

Il dispositivo, chiamato WAND, funziona come un “pacemaker per il cervello”, controlla l'attività elettrica del cervello fornendo una stimolazione elettrica nel momento in cui rileva qualcosa di anomalo.

Questi dispositivi possono essere estremamente efficaci per prevenire tremori o convulsioni debilitanti in pazienti con una varietà di condizioni neurologiche. Gli impulsi elettrici che precedono un attacco o un tremore possono essere estremamente deboli. Per prevenire questi disturbi neurologici la frequenza e la forza della stimolazione elettrica richieste devono essere particolarmente mirate.

I precedenti dispositivi offrivano un trattamento ottimale solo dopo anni di piccoli aggiustamenti da parte dei medici. 'WAND' (Wireless Artifact-free Neuromodulation Device) è un dispositivo wireless autonomo: nel momento in cui riconosce i segni del tremore o delle convulsioni, ha la capacità di regolare autonomamente i parametri di stimolazione che inibiscono i movimenti indesiderati. Questo dispositivo a circuito chiuso può stimolare e registrare simultaneamente, ma anche regolare i parametri in tempo reale. 'WAND' può registrare l'attività elettrica su 128 canali o da 128 punti nel cervello. Un coefficiente molto elevato se si considera che i tradizionali sistemi a circuito chiuso si basano su otto canali. Per dimostrare il dispositivo, il team ha utilizzato 'WAND' per riconoscere e ritardare i movimenti specifici del braccio nei macachi Rhesus. Il dispositivo è descritto in uno studio apparso in Nature Biomedical Engineering.(1)

La dottoressa Rikky Muller,(2) una assistente professoressa di ingegneria elettronica e scienze informatiche a Berkeley spiega: “Il processo per trovare la giusta terapia di un paziente è estremamente costoso e può richiedere anni. Una significativa riduzione dei costi e della durata può potenzialmente portare a risultati e accessibilità notevolmente migliorati. Vogliamo consentire al dispositivo di capire qual è il modo migliore per stimolare un dato paziente a dare i migliori risultati. E puoi farlo solo ascoltando e registrando i segnali neurali.”

Grazie alle dimensioni e all'adattabilità del microrobot, sarà possibile somministrare farmaci in una zona specifica del corpo o eseguire mirate diagnosi mediche.

Un piccolo robot ispirato a un millepiedi, in grado di trasportare carichi pesanti, è stato sviluppato da un team di scienziati dell'Università di Hong Kong. Per i ricercatori questo rappresenterà un nuovo modo di somministrare farmaci all'interno del corpo umano. Progettati anche per adattarsi agli ambienti avversi, questi nuovi robot potrebbero diventare un'innovazione per la medicina.

Le piccole gambe del robot avranno la capacità di ridurre l'attrito durante lo spostamento conferendogli un movimento efficiente in tutte le superfici e in sostanze come il sangue e il muco. La relazione tra le gambe è stata studiata nei minimi particolari: gli esperti desideravano creare un dispositivo che non avesse grossi problemi di movimento all'interno del corpo umano.

“La maggior parte degli animali ha un rapporto gamba-gamba di 2:1 a 1:1. Abbiamo deciso di creare il nostro robot utilizzando un rapporto 1:1”, ha detto uno degli autori della ricerca, il dottor Shen Yajing,(1) assistente professore dell'università di Hong Kong.

Lo spessore del robot è di 0,15 millimetri, mentre ogni gamba - che ha una forma conica - misura 0,65 millimetri di lunghezza. Lo spazio tra ogni gamba è di 0,6 millimetri. Il corpo del robot è costituito da un materiale in silicone chiamato Polidimetilsiloxano a cui sono state inserite particelle magnetiche che consentono di controllare a distanza la forza elettromagnetica.

Piccole sonde installate nel cervello potrebbero monitorare i pazienti malati di Parkinson e altre patologie.

La dopamina, che all'interno del cervello funziona da neurotrasmettitore, tramite l'attivazione dei recettori dopaminici specifici e subrecettori, svolge un ruolo importante nel regolare il nostro umore, oltre a controllare il movimento. Molti disturbi, tra cui il morbo di Parkinson, la depressione e la schizofrenia, sono legati a carenze di dopamina. I neuroscienziati del MIT hanno escogitato un modo per misurare la dopamina nel cervello per più di un anno. Essi sono certi che questo nuovo sistema li aiuterà a imparare molto di più sul ruolo della dopamina nel cervello sano e malato.

“Sappiamo che la dopamina è una cruciale molecola neurotrasmettitrice nel cervello, implicata nelle condizioni neurologiche, neuropsichiatriche e nella nostra capacità di apprendere. Tuttavia, per noi è risultato impossibile monitorare i mutamenti nel rilascio online di dopamina in periodi di tempo abbastanza lunghi da riferirli alle condizioni cliniche”, afferma Ann Graybiel,(1) professoressa del MIT Institute, membro del McGovern Institute for Brain Research del MIT e uno degli autori senior dello studio.

Il dottor Michael J. Cima,(2) professore di ingegneria presso il Dipartimento di Scienza dei Materiali e Ingegneria nonché membro del David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research (Massachusetts Institute of Technology MIT) per la ricerca sul cancro integrativo, e Rober Langer,(3) Professore e membro del David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research (Massachusetts Institute of Technology MIT). Entrambi sono anche autori principali dello studio. La dottoressa del MIT Helen Schwerdt è l'autore principale dell'articolo, che appare nel numero del 12 settembre di Communications Biology.(4)