Si tratta di una tecnologia innovativa di interfaccia neurale pensata per ottimizzare la connessione tra il sistema nervoso residuo dei pazienti amputati e le protesi artificiali. L’ultima frontiera dell’innovazione nel settore della medicina rigenerativa e della protesica ha portato alla creazione di una interfaccia neurale periferica rigenerativa (RPNI – Regenerative Peripheral Nerve Interface) che apre nuove opportunità nel controllo delle protesi.
La ricerca, pubblicata sulla rivista internazionale Bioactive Materials, è il risultato di una collaborazione scientifica tra Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, Centro Protesi INAIL, Istituto Ortopedico Rizzoli e Istituto Italiano di Tecnologia – IIT. Il gruppo di ricerca ha realizzato un costrutto muscolare ingegnerizzato ottenuto dalla combinazione di mioblasti, ovvero precursori staminali del tessuto muscolare, e biomateriali innovativi. Questo neo-muscolo è stato poi collegato chirurgicamente a un nervo periferico in un modello preclinico di danno neurale, creando una connessione funzionale tra il tessuto nervoso e quello muscolare.
“Il nostro approccio combina strategie avanzate di ingegneria tissutale con il settore della protesica. Per favorire la maturazione del tessuto muscolare e la sua integrazione con il tessuto nervoso, abbiamo utilizzato particelle piezoelettriche, materiali capaci di generare segnali elettrici in risposta a stimoli meccanici. La stimolazione esterna è stata realizzata tramite ultrasuoni pulsati, una tecnologia non invasiva già impiegata in vari ambiti biomedicali, ma che in questo studio abbiamo applicato in modo innovativo” afferma Leonardo Ricotti, professore alla Scuola Sant’Anna e responsabile del Regenerative Technologies Lab.
La ricerca presenta due importanti innovazioni scientifiche. Da un lato, costituisce il primo caso documentato di interfaccia neurale periferica rigenerativa sviluppata tramite tecniche di ingegneria tissutale e successivamente impiantata e connessa a un nervo periferico. Dall’altro, mette in risalto come l’integrazione delle particelle piezoelettriche nel costrutto muscolare e la stimolazione tramite ultrasuoni possano favorire tanto la maturazione del tessuto muscolare quanto la rigenerazione del tessuto nervoso.
“Questo risultato è cruciale per il futuro del controllo delle protesi avanzate, poiché permette di acquisire e amplificare i segnali dal sistema nervoso residuo dell’amputato, utilizzandoli per un controllo naturale e intuitivo” afferma Christian Cipriani, professore presso la Scuola Sant’Anna e responsabile dell’Artificial Hands Area.
“Il nostro obiettivo a lungo termine è sviluppare una nuova generazione di protesi bioniche dotate di numerosi gradi di libertà e controllabili naturalmente dai pazienti. In questo contesto, una rete di interfacce neurali rigenerative potrebbe servire da collegamento stabile tra il sistema nervoso e il dispositivo protesico” afferma Emanuele Gruppioni, Direttore tecnico dell’Area Ricerca e Formazione del Centro Protesi INAIL. “I costrutti muscolari sviluppati in questo studio potrebbero inoltre fungere da amplificatori biologici dei segnali nervosi, permettendo movimenti sempre più complessi e migliorando significativamente la qualità della vita delle persone amputate.”
“La prossima sfida è trasferire queste tecnologie dalla ricerca alla pratica clinica” sottolinea Paolo Sassu, chirurgo ortopedico dell’Istituto Ortopedico Rizzoli. “La moderna ricostruzione bionica degli arti nasce dall’integrazione di chirurgia, neuroingegneria e protesica avanzata: con procedure chirurgiche dedicate possiamo creare nuove interfacce biologiche con il sistema nervoso e renderle utilizzabili per il controllo delle protesi. Stiamo lavorando su questa integrazione multidisciplinare per sviluppare un programma dedicato alla bionica e alla ricostruzione avanzata degli arti.”
“Integrare tecniche avanzate di caratterizzazione, come la microscopia elettronica a trasmissione, in uno studio interdisciplinare di tale portata, che combina medicina rigenerativa e protesica, è stata la nostra modalità per contribuire a una sfida complessa che apre nuove prospettive nello sviluppo delle protesi” aggiunge Mauro Gemmi, ricercatore responsabile dell’unità di Electron Crystallography dell’Istituto Italiano di Tecnologia – IIT.
Lorenzo Vannozzi b, Juliana Redondo b, Diego Trucco b, Carlotta Puccia b, Leonardo Boccoli b, Camilla Schirru a b, Marta Gherardini a b, Waleed Mustafa Ali Al-ghilan a b, Paola Parlanti c, Mauro Gemmi c, Paolo Sassu d, Emanuele Gruppioni e, Christian Cipriani a b, Leonardo Ricotti a b
a The BioRobotics Institute, Scuola Superiore Sant’Anna, Pisa
b Department of Excellence in Robotics & AI, Scuola Superiore Sant’Anna
c Center for Materials Interfaces, Electron Crystallography, Istituto Italiano di Tecnologia, Pontedera
d IRCCS Istituto Ortopedico Rizzoli, Bologna
e Centro Protesi INAIL, Istituto Nazionale per l’Assicurazione contro gli Infortuni sul Lavoro, Vigorso di Budrio
Fonte: Sant’Anna di Stazzema – Ufficio Stampa
