Lo studio, pubblicato su “Bioactive Materials”, nasce dalla collaborazione tra Scuola Superiore Sant’Anna, Centro Protesi INAIL, Istituto Ortopedico Rizzoli e Istituto Italiano di Tecnologia
PISA – Una nuova tecnologia di interfaccia neurale potrebbe migliorare la connessione tra il sistema nervoso residuo delle persone con amputazione e le protesi artificiali, aprendo nuove prospettive per lo sviluppo di dispositivi bionici controllabili in modo sempre più naturale e intuitivo.
È il risultato di uno studio pubblicato sulla rivista internazionale “Bioactive Materials” e realizzato grazie alla collaborazione scientifica tra la Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, il Centro Protesi INAIL, l’Istituto Ortopedico Rizzoli e l’Istituto Italiano di Tecnologia.
Il gruppo di ricerca ha sviluppato un’interfaccia neurale periferica rigenerativa, denominata RPNI, ottenuta attraverso un costrutto muscolare ingegnerizzato che combina mioblasti, precursori staminali del tessuto muscolare, e biomateriali innovativi. Il nuovo tessuto muscolare è stato successivamente collegato chirurgicamente a un nervo periferico in un modello preclinico di danno neurale, creando una connessione funzionale tra tessuto nervoso e muscolare.
«Il nostro approccio integra strategie avanzate di ingegneria tissutale con il mondo della protesica – spiega Leonardo Ricotti, professore della Scuola Sant’Anna e responsabile del Regenerative Technologies Lab –. Per promuovere la maturazione del tessuto muscolare e la sua integrazione con quello nervoso abbiamo utilizzato particelle piezoelettriche, materiali capaci di generare segnali elettrici quando vengono sottoposti a stimoli meccanici. La stimolazione esterna è stata ottenuta mediante ultrasuoni pulsati, una tecnologia non invasiva già impiegata in diversi ambiti biomedicali, ma utilizzata in modo innovativo in questo studio».
La ricerca introduce due importanti novità. Rappresenta il primo caso documentato di un’interfaccia neurale periferica rigenerativa realizzata mediante tecniche di ingegneria tissutale e successivamente impiantata e collegata a un nervo periferico. Lo studio dimostra inoltre come l’integrazione di particelle piezoelettriche nel costrutto muscolare, associata alla stimolazione con ultrasuoni, possa favorire sia la maturazione del tessuto muscolare sia la rigenerazione di quello nervoso.
«Questo risultato rappresenta un elemento fondamentale per il futuro controllo delle protesi avanzate, perché consente di acquisire e amplificare i segnali provenienti dal sistema nervoso residuo della persona con amputazione, sfruttandoli per un controllo naturale e intuitivo», sottolinea Christian Cipriani, professore della Scuola Sant’Anna e responsabile dell’Artificial Hands Area.
L’obiettivo a lungo termine è sviluppare una nuova generazione di protesi bioniche dotate di numerosi gradi di libertà e controllabili direttamente dai pazienti. In questo scenario, una rete di interfacce neurali rigenerative potrebbe costituire un collegamento stabile tra il sistema nervoso e il dispositivo artificiale.
«I costrutti muscolari sviluppati potrebbero agire come veri e propri amplificatori biologici dei segnali nervosi, consentendo l’esecuzione di movimenti sempre più complessi e migliorando significativamente la qualità della vita delle persone con amputazione», spiega Emanuele Gruppioni, direttore tecnico dell’Area Ricerca e Formazione del Centro Protesi INAIL.
La fase successiva riguarderà il trasferimento della tecnologia dalla ricerca alla pratica clinica. «La moderna ricostruzione bionica degli arti nasce dall’integrazione tra chirurgia, neuroingegneria e protesica avanzata – evidenzia Paolo Sassu, chirurgo ortopedico dell’Istituto Ortopedico Rizzoli –. Attraverso procedure chirurgiche dedicate possiamo creare nuove interfacce biologiche con il sistema nervoso e renderle utilizzabili per il controllo delle protesi».
Allo studio ha contribuito anche l’unità di Electron Crystallography dell’Istituto Italiano di Tecnologia. «Portare tecniche avanzate di caratterizzazione, come la microscopia elettronica a trasmissione, all’interno di una ricerca interdisciplinare che combina medicina rigenerativa e protesica è stato il nostro modo di contribuire a una sfida complessa, capace di aprire nuove prospettive nello sviluppo delle protesi», conclude il responsabile dell’unità Mauro Gemmi.
Lo studio, intitolato “Ultrasound-activated piezoelectric muscle constructs for tissue-engineered regenerative peripheral nerve interfaces”, è stato condotto da ricercatrici e ricercatori delle quattro istituzioni coinvolte.
