AGI - È stata sviluppata una tecnologia in grado di sondare i circuiti neurali che influenzano la fame, l’umore e una serie di malattie. Lo dimostra lo studio degli ingegneri dell’Istituto Di Tecnologia Del Massachusetts (MIT), pubblicato su Nature Biotechnology.
Il cervello e l’apparato digerente sono in costante comunicazione e trasmettono segnali che aiutano a controllare l’alimentazione e altri comportamenti. Questa vasta rete di comunicazione influenza anche lo stato mentale ed è stata implicata in molti disturbi neurologici. I ricercatori hanno dimostrato di poter indurre nei topi sentimenti di sazietà o comportamenti di ricerca di ricompensa manipolando le cellule dell’intestino.
Cos'è la stimolazione optogenetica
I ricercatori per dimostrare di poter controllare i circuiti neurali che collegano l’intestino e il cervello nei topi hanno sviluppato una tecnologia realizzata da fibre incorporate con una serie di sensori e fonti di luce per la stimolazione optogenetica, ovvero la combinazione di tecniche ottiche e genetiche di rilevazione, allo scopo di sondare circuiti neuronali all’interno di cervelli intatti di mammiferi e di altri animali.
“L’aspetto entusiasmante è che ora disponiamo di una tecnologia in grado di pilotare la funzione intestinale e comportamenti come l’alimentazione”, ha detto Polina Anikeeva, autore senior, del Massachusetts Institute of Technology (MIT).
La comunicazione tra intestino e cervello
“Abbiamo la possibilità di iniziare ad accedere alla comunicazione tra l’intestino e il cervello con la precisione al millisecondo dell’optogenetica, e possiamo farlo in animali che si comportano bene”, ha affermato Matoula S. Salapatas, professore di scienze cerebrali e cognitive, direttore associato del Laboratorio di ricerca elettronica del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e membro del McGovern Institute for Brain Research del Massachusetts Institute of Technology (MIT).
“C’è una comunicazione continua e bidirezionale tra il corpo e il cervello”, ha sostenuto Anikeeva. “Per molto tempo abbiamo pensato che il cervello fosse un tiranno che manda i risultati agli organi e controlla tutto, ma ora sappiamo che c’è un sacco di feedback che ritorna al cervello, e questo feedback potenzialmente controlla alcune delle funzioni che in precedenza abbiamo attribuito esclusivamente al controllo neurale centrale”, ha specificato Anikeeva.
Per poter eseguire l’optogenetica intestinale e poi misurare gli effetti sulla funzione cerebrale e sul comportamento, che richiede una precisione di millisecondi, avevamo bisogno di un dispositivo che non esisteva. Così abbiamo deciso di realizzarlo”, ha spiegato Atharva Sahasrabudhe, del Massachusetts Institute of Technology (MIT), che ha guidato lo sviluppo delle sonde intestinali e cerebrali.
La tecnica della trafilatura termica
L’interfaccia elettronica progettata dai ricercatori consiste in fibre flessibili che possono svolgere diverse funzioni e possono essere inserite negli organi di interesse. Per creare le fibre, Sahasrabudhe ha utilizzato una tecnica chiamata trafilatura termica, che gli ha permesso di creare filamenti di polimero, sottili quanto un capello umano, che possono essere incorporati con elettrodi e sensori di temperatura.
I filamenti contengono anche dispositivi di emissione di luce su microscala che possono essere usati per stimolare optogeneticamente le cellule e canali microfluidici che possono essere usati per somministrare farmaci. Le proprietà meccaniche delle fibre possono essere personalizzate per l’uso in diverse parti del corpo.
Per il cervello, i ricercatori hanno creato fibre più rigide che possono essere infilate in profondità. Per gli organi digestivi, come l’intestino, hanno progettato fibre gommose più delicate che non danneggiano il rivestimento degli organi, ma sono comunque abbastanza robuste da resistere al duro ambiente del tratto digestivo. “Per studiare l’interazione tra il cervello e il corpo, è necessario sviluppare tecnologie in grado di interfacciarsi con gli organi di interesse e con il cervello allo stesso tempo, registrando i segnali fisiologici”, ha detto Sahasrabudhe.
“Dobbiamo anche essere in grado di stimolare selettivamente diversi tipi di cellule in entrambi gli organi nei topi, in modo da poterne testare i comportamenti ed eseguire analisi causali di questi circuiti”, ha continuato Sahasrabudhe.
Le fibre sono inoltre progettate in modo da poter essere controllate in modalità wireless, utilizzando un circuito di controllo esterno che può essere temporaneamente applicato all’animale durante un esperimento. “Ora abbiamo l’opportunità di conoscere il nesso tra intestino e cervello per iniziare a gestire alcune di condizioni mediche, manipolando i circuiti periferici in un modo meno invasivo”
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