Vista da batterio

Ovvero, come sviluppare retine artificiali innovative utilizzando, anzichè invasivi metalli o nanotubi di carbonio, materiali biologici realizzati in laboratorio.

Le applicazioni principali delle retine artificiali sono nel trattamento di patologie degenerative dell’occhio, come ad esempio la retinite pigmentosa. Crediti immagine: Pixabay

RICERCA – Gli appassionati di Star Trek – The Next Generation conosceranno di sicuro Geordi La Forge, ingegnere capo della nave stellare Enterprise, che, cieco fin dalla nascita, ha riacquistato la capacità di vedere utilizzando un’avanzata protesi visiva chiamata VISOR. Fantascienza? Non per molto ancora. Una ricercatrice appena ventiquattrenne del dipartimento di Chimica dell’Università di Oxford, Vanessa Restrepo-Schild, ha per la prima volta sviluppato in laboratorio una retina artificiale, costituita da tessuti biologici e materiali sintetici quali idrogel e proteine di membrane cellulari biologiche.

La finalità principale dello studio, pubblicato su Nature, è sviluppare componenti compatibili con l’apparato oculare umano, in modo che siano ben tollerati una volta impiantati. Molto meglio di  quanto lo siano la maggior parte delle retine artificiali finora sviluppate, costituite da materiali con caratteristiche molto diverse da quelle dei tessuti umani e, per questo motivo, assai più invasive.

Le applicazioni principali delle retine artificiali sono nel trattamento di patologie degenerative dell’occhio, come ad esempio la retinite pigmentosa, una malattia genetica che determina una progressiva perdita di funzionalità dei fotorecettori, i neuroni posti sul fondo dell’occhio. Questi fotorecettori consentono la conversione dei segnali luminosi provenienti dall’ambiente esterno in segnali bioelettrici, che, attraverso il nervo ottico, giungono al cervello.

Pertanto, una ridotta capacità di tali cellule determina l’incapacità di percepire la luce o, più propriamente, di tradurre impulsi luminosi in segnali comprensibili e trasportabili nel sistema nervoso. L’analogia immediata è con la fotocamera digitale, munita di sensori in grado di acquisire segnali luminosi e convertirli in impulsi elettrici. Il cuore dello studio e dello sviluppo di retine artificiali innovative consiste proprio nell’utilizzare componenti che possano mimare il comportamento dei neuroni della retina umana.

Il materiale sintetico scelto per la trasduzione di luce in impulsi elettrici è stato realizzato in laboratorio con la finalità di limitare quanto più possibile l’invasività del risultato finale. La problematica principale, come si può immaginare, è l’estrema sensibilità dell’occhio umano, che può essere facilmente danneggiato o andare incontro a infiammazione nel caso di protesi basate, ad esempio, su materiali metallici.

Sì, perchè lo sviluppo di retine artificiali è già una realtà da diversi anni: nel 2013 erano disponibili prototipi che utilizzavano fotodiodi o anche dispositivi più sofisticati, prodotti dall’azienda tedesca Retina Implant, che utilizzavano come unità di elaborazione un microchip di pochi millimetri quadrati impiantato dietro l’orecchio del paziente. Un ingombro minimo, di certo, che tuttavia in molti casi può dimostrarsi poco compatibile con un organismo vivente.

Il microchip era necessario per effettuare un’elaborazione e conversione dei segnali captati dai sensori utilizzati all’epoca, che producevano delle uscite troppo diverse dai segnali biolettrici per poter essere direttamente convogliate nel nervo ottico. Più di recente, invece, sono state sviluppate soluzioni basate su nanotubi in fibra di carbonio, che tuttavia sono ben lontani come caratteristiche da quelle dei tessuti della retina umana.

La ricerca condotta dal team di Oxford presenta una fondamentale novità: anzichè utilizzare fotodiodi, sensori molto diversi dai fotorecettori umani, che necessitano pertanto di una elaborazione da parte di una unità di controllo dedicata che renda i loro segnali compatibili con quelli che il sistema nervoso si attende, si è pensato di ridurre il gap tra il componente artificiale usato per la misura e i tessuti biologici umani.

In questo modo, visto che già alla sorgente i segnali vengono generati in modo simile a quelli che il nervo ottico può efficacemente convogliare, si può fare a meno di elaborazioni e condizionamenti che determinano la presenza di componenti ingombranti per la loro esecuzione. I ricercatori hanno creato una schiera di minuscole gocce, tra cui alcune contenenti Batteriorodopsina, una proteina in grado di agire da pompa protonica: in altri termini essa cattura fotoni, ossia particelle di luce provenienti dall’esterno, utilizzandoli per spostare protoni, producendo, di fatto, una corrente elettrica di particelle cariche positivamente.

Un meccanismo, quest’ultimo, presente in natura utilizzato per esempio da alcuni microrganismi noti come archeobatteri.

Lo scopo dichiarato del progetto? Produrre componenti realizzati in materiale sintetico, acquoso, sensibili alla luce, da interfacciare direttamente con i tessuti viventi, per fornire gli stimoli in ingresso al percorso neuronale: insomma, un obiettivo ambizioso e affascinante.

Resta ora, per il brillante team di Oxford, da affrontare la sfida più ardua: dimostrare che la nuova retina artificiale sarà effettivamente funzionale se impiantata in pazienti che hanno perso la vista a causa di retiniti pigmentose o altre patologie, risultando al contempo meno invasiva nel lungo periodo per gli stessi pazienti.

Leggi anche: L’editing genetico migliora la vista dei ratti con retinite pigmentosa

Pubblicato con licenza Creative Commons Attribuzione-Non opere derivate 2.5 Italia.   

Informazioni su Gianpiero Negri ()
Appassionato di scienza, tecnologia, in particolare meccatronica, robotica, intelligenza artificiale e matematica applicata, letteratura, cinema e divulgazione scientifica.

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