Micro-antenne nel cervello contro Parkinson ed epilessia

E’ grande quanto una capocchia di spillo (meno di un decimo di millimetro quadrato), ed è capace di trasmettere dati dall’interno del cervello, senza fili, senza batterie ingombranti e senza bisogno di essere orientata con precisione verso il ricevitore. È la micro antenna descritta su Science Advances dairicercatori dei Dipartimenti di Scienze Biomediche, Metaboliche e Neuroscienze e di Ingegneria Enzo Ferrari dell'Università di Modena e Reggio Emilia, insieme a quelli dell'Università di Glasgow e della Sissa di Trieste. Il suo obiettivo è quello di monitorare quello che accade dentro il cervello, aprendo nuove prospettive nella diagnosi e nel trattamento di malattie neurodegenerative come epilessia e Parkinson.

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Come "parlare" con un impianto nel cervello

Gli impianti bioelettronici, come per esempio gli elettrodi per la stimolazione cerebrale profonda, o i sensori per il monitoraggio dell'attività neurale, hanno da sempre un problema: la trasmissione di dati all’esterno senza fili che attraversino la pelle e le ossa del cranio, un fattore che aumenterebbe il rischio di infezioni. Le soluzioni oggi disponibili funzionano solo in parte: l’accoppiamento induttivo, che sfrutta l’induzione elettromagnetica, funziona solo se il dispositivo interno e quello esterno si trovano a pochi centimetri di distanza e sono ben allineati. I link a ultrasuoni, basati sul trasferimento acustico, perdono efficacia quando i segnali attraversano l’osso e il tessuto molle. I canali ottici devono avere una linea di vista diretta. Le antenne elettromagnetiche classiche, infine, anche quando sono sufficientemente miniaturizzate per un impianto, perdono efficienza e scaldano il tessuto circostante.

Sfruttare le vibrazioni

Il team di ricerca ha invece lavorato su un tipo di antenna relativamente nuovo, detto magnetoelettrico: un sottile strato fatto di una lega di ferro e gallio viene accoppiato a uno strato di nitruro di alluminio, un materiale ceramico. Un campo magnetico esterno fa vibrare meccanicamente il primo strato, che a sua volta genera un segnale elettrico nel secondo. Questa tecnologia era già nota, ma usata solo per bande di frequenza strettissime.

La novità sta nel modo in cui i ricercatori hanno progettato il substrato di silicio su cui sono costruite le antenne, ottenendo un'antenna a banda ultra-larga di 22,6 GHz, la più ampia mai riportata per questo tipo di dispositivo. Ogni antenna, una volta impacchettata su un piccolo circuito ceramico con connessioni stampate in inchiostro di nanoparticelle d'argento, diventa quello che gli autori chiamano un µBot (microBot). I test hanno dimostrato che la micro-antenna consente agevolmente di trasmettere dati a distanza all'interno dei tessuti cerebrali.

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Parkinson ed epilessia nel mirino

La ricaduta più interessante riguarda, in prospettiva, la possibilità di avere impianti cerebrali sempre più piccoli, sicuri e minimamente invasivi per il trattamento di malattie neurodegenerative come il Parkinson e per il monitoraggio clinico dell'epilessia. E’ vero che si tratta di risultati preliminari: gli esperimenti sui tessuti sono stati condotti su un numero limitato di campioni. E tuttavia, questo è un passo avanti concreto verso una nuova generazione di neurotecnologie: dispositivi che potrebbero, in un futuro non lontano, "federarsi" in reti di decine o centinaia di micro-antenne distribuite nel tessuto, capaci di comunicare in modo stabile pur essendo, singolarmente, centomila volte più piccole di un'antenna radio convenzionale.