Primo neurone artificiale prodotto in laboratorio – 2

Eccolo qui il "neurone biomimetico"
prodotto al Karolinska Institutet

di Alberto Carrara, LC

In gergo tecnico si chiama “neurone biomimetico” (biomimetic neuron). Non c’entra nulla con tute mimetiche o con attrezzature belliche, tutt’altro.

L’altro giorno presentavo l’articoletto uscito sul Corriere della Sera in cui veniva sintetizzata la notizia di carattere neuroetico relativa al “primo neurone sintetico” prodotto inlaboratorio. Quest’oggi cercherò di spiegare di cosa stiamo parlando.

L’articolo originale della ricerca guidata da Agneta Richter-Dahlfors del Swedish Medical Nanoscience Center, Karolinska Institutet, che comparirà sul volume 71 del 15 settembre 2015 della rivista Biosensor & Bioelectronics (pp. 359-364), si intitola: An organic electronic biomimetic neuron enables auto-regulated neuromodulation. Già questo ci colloca in una prospettiva neuroscientifica ben definita e realista, lungi da immaginari neuro-fantascientifici (o neuro-fi).

Il portale NeuroscienceNews.Com, il 24 giugno, ha presentato questa ricerca con questo titolo: Artificial Neurons Can Communicate in the Same Way as Human Neurons.

Di questo si sta parlando: gli scienziati del Karolinska Institutet hanno costruito, grazie alla bioeletronica organica, un “neurone artificiale”, meglio sarebbe indicarlo come un modello artificiale che imita i neuroni biologici nei processi di neuromodulazione.  

Pur non contenendo parti vitali, questa struttura è capace di imitare le funzionalità proprie di una cellula nervosa per ciò che concerne le sue proprietà di comunicazione del segnale elettrochimico. 

Schematicamente la cellula nervosa viene suddivisa in due grandi aree:

- Il corpo cellulare del neurone e le terminazioni dendritiche apparterrebbero a quella parte denominata “chemical sensing” o sensore chimico, mentre

- L’assone e le terminazioni sinaptiche (che comprendono i bottoni sinaptici che vanno a stabilire la vera e propria terminazione comunicativa, di solito un sinapsi elettrochimica, anche se esistono sinapsi di contatto tra due terminazioni di neuroni distinti) vengono incluse in ciò che si definisce “eletrical signal transmissionand chemical delivery” (vedi figura).

Riproducendo tecnologicamente queste due porzioni, gli scienziati del Swedish Medical Nanoscience Center, Karolinska Institutet, hanno prodotto un sistema composto da un biosensore e da una pompa ionica che funzionalmente imita una cellula nervosa.

I neuroni sono cellule che, per la maggior parte comunicano tra loro attraverso segnali chimici mediati dai cosiddetti neurotrasmissori o sostanze segnale (signal substances). All’interno del neurone, complessi sistemi proteici di membrana, sono in grado di convertire un segnale chimico post-sinaptico in un gradiente elettrochimico e provocare un potenziale d’azione elettrico che, viaggiando lungo l’assone, raggiunge la terminazione pre-sinaptica. A livello della sinapsi, questo segnale è in grado di modulare il rilascio vescicolare di sostanze chimiche (in genere di natura peptidica e/o polipeptidica, cioè proteica) che fluendo attraverso lo spazio sinaptico e legandosi a recettori post-sinaptici del neurone adiacente, riproducono il segnale elettrochimico di comunicazione.   

La tecnologia impiegata

Al momento, la tecnica di stimolazione neuronale nell’essere umano si basa principalmente sulla stimolazione elettrica, come quella impiegata per mezzo dei dispositivi di Brain-Stimulation (BS), tanto profonda (la DBS o Deep-Brain-Stimulation) impiegata per alleviare i tremori nei pazienti parkinsoniani refrattaria ai trattamenti farmacologici anche di nuova generazione, come periferica (stimolazione del nervo vago, impiegata sperimentalmente in pazienti affetti da depressione maggiore).

In alternativa, gli scienziati guidati da Agneta Richter-Dahlfors del Swedish Medical Nanoscience Center, Karolinska Institutet in collaborazione con i colleghi dell’Università Linköping, hanno sviluppato, in questa ricerca, un’alternativa, anzi, un vero e proprio campo di neuromodulazione e neurostimolazione alternativo a parallelo, quello che impiegherà un dispositivo organico bio-elettronico in grado di ricevere segnali chimici e di veicolarli in modo effettivo alle cellule umane, a neuroni umani.

Il neurone artificiale prodotto in laboratorio consta di polimeri conduttivi e, a detta di Agneta Richter-Dahlfors, è in grado di funzionare come un neurone umano: da una parte, la componente “sensoriale” rileva la variazione del gradiente chimico all’interno di una piastra Petri ed è in grado di tradurre questa variazione in un segnale elettrico che fa rilasciare il neurotrasmettitore acetilcolina il cui effetto attiva neuroni umani a livello post-sinaptico.

Questo risultato innovativo apre un’interessantissima area di ricerca, soprattutto da applicare ai disordini e alle patologie neurodegenerative. Questa tecnologia permetterebbe di bypassare danni nervosi, ripristinando le funzionalità di spcifici circuiti neurali.

Il prossimo passo in avanti sarà quello di miniaturizzare il dispositivo prodotto in modo da poterlo veicolare e impiantare in vivo, cioè all’interno del corpo umano. Secondo Agneta Richter-Dahlfors, in un futuro già prossimo, aggiungendo a questa neuro-tecnologia il concetti di “comunicazione wireless” (wireless communication), saremo in grado di  modulare il rilascio di neurotrasmettitori attraverso l’impianto di biosensori mimetici posizionati in aree specifiche del cervello e del corpo umano in generale. Gli scenari di ricerca e di applicazione si allargano esponenzialmente, tanto per l’impiego di sistemi di auto-controllo e la possibilità di controlli remoti.

Importanti questioni neurobioetiche emergono, specie se si considerano gli ambiti di sperimentazione, di modulazione, ma anche, e soprattutto, quando queste neuro-tecnologie, anziché servire in terapia, si propongono per il “potenziamento cognitivo” (Cognitive Enhancement) di esseri umani considerati “sani”.