È stato dimostrato che, sfruttando le diverse proprietà di materiali a base di grafene, si possono controllare selettivamente i segnali degli astrociti (una tipologia di cellule del cervello), i quali a loro volta stimolati elettricamente, sono in grado di alterare l’attività dei neuroni. La ricerca è coordinata dall’Istituto per la sintesi organica e la fotoreattività del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Isof), in collaborazione con l’Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati (Cnr-Ismn), i dipartimenti Fabit e Dei dell’Università di Bologna (Unibo) e l’Istituto di medicina sperimentale della Czeck Academy of Science di Praga (Repubblica Ceca). Lo studio è stato recentemente pubblicato sulla rivista Nature Nanotechnology.
Gli astrociti sono cellule cerebrali a forma di stella che, assieme agli stessi neuroni, svolgono importanti funzioni all’interno del cervello, modulando le sinapsi e partecipando ai meccanismi che coinvolgono la memoria, l’apprendimento e il comportamento. Queste cellule stellate, dette anche “l’altro cervello”, sono presenti in gran numero nel cervello umano, dialogano tra loro, con i neuroni e con i vasi sanguigni, attraverso un codice di comunicazione basato sugli ioni di calcio.
«Combinando le diverse proprietà del grafene abbiamo potuto creare un nuovo approccio, semplice ed efficace, per stimolare ed interrogare selettivamente gli astrociti. Lo studio ci ha confermato che gli astrociti possono essere eccitati da un campo elettrico e che forniscono una risposta diversa in base alla tipologia di elettrodi attraverso i quali vengono stimolati. Ciò avviene attraverso l’attivazione di “codici” di calcio diversi, grazie alle proprietà uniche e controllabili dell’ossido di grafene», spiega Vincenzo Palermo, ricercatore del Cnr-Isof.
Gli studi degli ultimi quarant’anni hanno completamente rivoluzionato la visione neurocentrica del cervello, che imputava le capacità cognitive alla sola attività dei neuroni. Tuttavia, nonostante l’importanza degli astrociti, si conosce ancora poco del loro funzionamento e molte tecnologie per lo studio del cervello, nonché per la cura delle malattie legate al sistema nervoso, sono focalizzate sulla modulazione selettiva dei neuroni.
Al riguardo, Valentina Benfenati, ricercatrice del Cnr-Isof e coordinatrice della ricerca con i colleghi Vincenzo Palermo ed Emanuele Treossi, aggiunge: «Il nostro approccio è teso a generare tecnologie in grado di dialogare con gli astrociti; un cambio di paradigma di cui siamo stati pionieri e che oggi è adottato da sempre più studiosi. Cambiare il nostro modo di comunicare con le cellule del cervello – conclude – potrà permetterci di affrontare e comprendere quanto, relativamente alle sue funzionalità, risulta ancora oscuro. In più, questo consentirà di risolvere alcune disfunzionalità, come quelle legate ai segnali di calcio negli astrociti, che sono implicate in patologie come ictus ed epilessia».
Il lavoro è stato supportato dal progetto europeo Astrotech, Prin-Pnrr Nanodyn e dai progetti di ricerca Us-Afosr Astrolight e Astrotalk (coordinati da Valentina Benfenati) e dal progetto Graphene Flaghsip (guidato da Vincenzo Palermo). Le attività rientrano nella strategia del gruppo di lavoro su Advanced Materials, Nanomaterials and Biophysics della Commissione congiunta Italia Usa su scienza e tecnologia guidato da Luigi Ambrosio (Cnr) e Sofi Bin-Salamon (Afosr). (Red.)
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www.cnr.it
https://www.nature.com/articles/s41565-024-01711-4
