Bologna, nuova piattaforma in grafene per studiare il cervello

Una piattaforma biodegradabile a base di grafene, capace di rilevare neurotrasmettitori e di modulare elettricamente l’attività di specifiche cellule cerebrali, è stata sviluppata grazie a una collaborazione scientifica che coinvolge l’Università di Bologna e diversi istituti di ricerca italiani. Il sistema, descritto sulla rivista Advanced Materials, punta a integrare in un unico dispositivo sensibilità elettrochimica, biocompatibilità e materiali progettati per ridurre l’impatto ambientale delle future tecnologie bioelettroniche.

Grafene e PLA per realizzare elettrodi biodegradabili

La piattaforma è realizzata utilizzando poli(acido lattico), noto come PLA, e ossido di grafene. Il processo di produzione avviene in ambiente acquoso; successivamente, attraverso una funzionalizzazione laser, il materiale viene trasformato in strutture conduttive utilizzabili come elettrodi.

Alla ricerca hanno partecipato studiosi dell’Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività del CNR, dell’Università di Bologna, del CNR-ISMN, dell’Università Ca’ Foscari Venezia, dell’Università degli Studi di Ferrara e di altre istituzioni scientifiche. Il progetto riunisce competenze nel campo dei materiali avanzati, delle neuroscienze e della bioelettronica.

Marco Caprini, professore del Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie dell’Università di Bologna e tra gli autori dello studio, ha spiegato che il gruppo ha sviluppato una piattaforma neurogliale multifunzionale ed ecosostenibile, progettata per monitorare molecole legate al funzionamento cerebrale e, allo stesso tempo, intervenire sui processi cellulari mediante stimolazione elettrica.

Rilevati dopamina, adrenalina e noradrenalina

Uno dei risultati principali riguarda la capacità degli elettrodi in grafene di individuare molecole biologicamente rilevanti. Durante le sperimentazioni, il sistema ha mostrato elevate prestazioni nella rilevazione elettrochimica di dopamina, adrenalina e noradrenalina, tre neurotrasmettitori coinvolti in numerosi processi del sistema nervoso.

Secondo i risultati riportati dai ricercatori, le prestazioni ottenute hanno superato quelle dei convenzionali elettrodi commerciali a base di carbonio. Il dispositivo conserva inoltre le caratteristiche di biodegradabilità previste dalla scelta dei materiali, elemento che potrebbe assumere rilievo nello sviluppo di dispositivi bioelettronici destinati alla ricerca e, in prospettiva, ad applicazioni biomedicali.

Stimolazione elettrica degli astrociti e nuove prospettive di ricerca

La sperimentazione ha interessato anche gli astrociti, cellule gliali che partecipano alla regolazione di diverse funzioni cerebrali e alla comunicazione tra cellule del sistema nervoso. Gli studiosi hanno verificato che gli elettrodi possono modulare selettivamente la segnalazione del calcio negli astrociti attraverso impulsi elettrici.

Modificando le caratteristiche degli elettrodi in grafene prodotti tramite scrittura laser, il gruppo è riuscito a controllare intensità e dinamica delle risposte cellulari. Questa possibilità offre nuovi strumenti per studiare il dialogo tra neuroni e cellule gliali e per approfondire i meccanismi coinvolti nelle alterazioni del funzionamento cerebrale.

Il lavoro prosegue una collaborazione scientifica attiva da circa vent’anni tra il Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie dell’Università di Bologna e il CNR-ISOF. Le ricerche condotte sui materiali bioelettronici e sull’attività degli astrociti potrebbero contribuire allo sviluppo di nuove tecnologie per lo studio, la diagnosi e il trattamento di patologie neurologiche complesse, tra cui Alzheimer ed epilessia.