Tecniche innovative di rigenerazione cerebrale ibrida
Sebbene sia possibile rigenerare parti del corpo come pelle, ossa e cartilagine, ricostruire il tessuto cerebrale è molto più complesso. I trattamenti attuali per patologie cerebrali quali l’epilessia e i danni cerebrali tendono quindi ad affrontare solo i sintomi piuttosto che le cause sottostanti. Un metodo per rigenerare il tessuto cerebrale potrebbe essere l’innesto di cellule staminali nel cervello ospite. L’idea è che queste cellule possano poi trasformarsi in neuroni freschi e sani. Si tratta però di un approccio rischioso per una serie di motivi. In primo luogo, le cellule staminali hanno la capacità di proliferare rapidamente, con il rischio di formare una massa o trasformarsi in un tumore.
Innesti di tessuto cerebrale bioibrido
L’idea alla base del progetto HERMES(si apre in una nuova finestra), coordinato dall’Istituto Italiano di Tecnologia(si apre in una nuova finestra) (IIT) in Italia, era quella di sviluppare un sistema che consentisse di controllare gli innesti di cellule staminali con dispositivi ingegnerizzati, offrendo così maggiore stabilità e certezza. Se fattibile, ciò potrebbe aprire la strada a trapianti di tessuto cerebrale realizzabili. «La mia idea era quella di sviluppare un innesto di tessuto cerebrale realmente bioibrido che combinasse una componente biologica con un dispositivo neuromorfico ingegnerizzato e una componente di intelligenza artificiale per guidare il processo», spiega la coordinatrice del progetto Gabriella Panuccio. «La componente di IA addestra il dispositivo fino a quando non apprende come “gestire” l’innesto biologico nel cervello. Una volta che il cervello sarà guarito, l’intelligenza artificiale e il dispositivo neuromorfico verranno disattivati.»
Modelli ospite, modelli innesto e sistemi di intelligenza artificiale
Tuttavia, dimostrare questo concetto si è rivelato estremamente impegnativo. Per quanto riguarda la fase in vivo, è stato necessario sviluppare una tecnica neurochirurgica minimamente invasiva specifica, per consentire l’iniezione di cellule staminali e biomateriale in forma fluida nel sito corretto. «Si trattava di una coltura di cellule staminali destinate a diventare neuroni dell’ippocampo», afferma Panuccio. Tuttavia, esperimenti pilota su modelli animali hanno consentito al team di delineare strategie di neuromodulazione (ovvero metodi per modificare l’attività del sistema nervoso attraverso la stimolazione elettrica). Allo stesso tempo, la tecnologia in vitro ha consentito alla dottoressa Panuccio di dimostrare come il suo approccio bioibrido potesse funzionare nella pratica, con l’ospite modello, l’innesto modello, il dispositivo neuromorfico e il sistema di IA che operavano in armonia. L’intelligenza artificiale sviluppata era un sistema multiagente, con diversi componenti che servivano a scopi diversi, ma tutti in comunicazione tra loro. «Una tappa fondamentale è stata quella di rendere operativa l’intera architettura bioibrida», osserva. «Non è stato semplice, poiché non era disponibile una tecnologia commerciale in grado di supportare questa ricerca in fase iniziale.»
Costrutti bioibridi esterni
Le dimostrazioni in vitro hanno mostrato come i vari componenti del sistema bioibrido comunicano e collaborano tra loro, con il componente IA che regola i parametri del dispositivo neuromorfico in tempo reale durante l’interazione mediata dalla stimolazione elettrica tra innesto e ospite. «La ricerca sulla rigenerazione cerebrale è ancora in una fase molto iniziale», aggiunge Panuccio. «Permangono alcune difficoltà relative all’innesto e alla differenziazione delle cellule staminali, oltre a una serie di questioni aperte. Ad esempio, nell’ambito di questo progetto sono stati sviluppati due tipi di innesti modello: uno si è dimostrato epilettogeno (capace di generare crisi epilettiche), l’altro non epilettogeno. Per quale motivo? Inoltre, è possibile che l’innesto non epilettogeno diventi epilettogeno una volta innestato in un cervello epilettico?» Come fase intermedia, Panuccio ritiene che si potrebbe utilizzare un costrutto bioibrido esterno, per comprendere meglio come potrebbe funzionare la comunicazione tra il cervello e eventuali innesti bioibridi. Panuccio ha inoltre avviato Neurotronika(si apre in una nuova finestra), una start-up med-tech specializzata nell’applicazione della neuromodulazione simbiotica per il trattamento dell’epilessia.
