Ci sono ambiti medici e riabilitativi nei quali si rende necessaria una stimolazione muscolare, magari per normalizzare muscoli diventati ipotonici. Un’evenienza tutt’altro che rara e che può colpire sia sportivi (di solito dopo un infortunio) sia anziani e persone affette da malattie degenerative. Al momento per effettuare una stimolazione muscolare è necessario collegare il paziente a dei fili. Un team di ricerca dell’Istituto Italiano di Tecnologia, coordinato dal dottor Gianni Ciofani (nella foto), dedica il proprio lavoro a sviluppare tecnologie che consentano di stimolare con modalità wireless cellule e tessuti. Spiega Gianni Ciofani: «utilizziamo nanomateriali cosiddetti smart, dalle proprietà fisiche attive, in combinazione con stimolazioni remote, come possono essere campi elettromagnetici, ultrasuoni, luce. In reale, per ora ci siamo concentrati su uno studio che utilizza il calore come fonte per indurre la contrazione muscolare. La ricerca è stata condotta da Attilio Marino, Post-Doc presso la linea Smart Bio-Interfaces dell’Istituto e borsista della Fondazione Umberto Veronesi, in collaborazione con la Waseda University di Tokyo, e più precisamente con il laboratorio WaBios distaccato a Singapore». E i risultati ottenuti, sebbene siano preliminari, hanno fatto guadagnare al team una pubblicazione sulla rivista ACS Nano, poi ripresa da Nature Nanotechnology. Titolo dell’articolo, “Gold Nanoshell-Mediated Remote Myotube Activation”. Vediamolo più nel dettaglio.
Oro e silicio alla base del processo
Riprende Gianni Ciofani: «nel nostro studio siamo riusciti a indurre una contrazione dei miotubi, ovvero le unità fondamentali alla base del funzionamento del muscolo scheletrico, utilizzando una stimolazione luminosa in presenza di nanoshell di oro. Queste sono nanosfere con un nucleo in silice e un sottile strato superficiale di oro, delle dimensioni intorno ai 100 nm, in grado di convertire l’energia luminosa assorbita in calore. Si tratta di un esempio di nanomateriale smart. Come fonte luminosa abbiamo utilizzato un laser con una lunghezza d’onda nel vicino infrarosso, in grado di penetrare cellule e tessuti senza danneggiarli o surriscaldarli. In questo modo l’incremento di temperatura è finemente localizzato solo là dove abbiamo un accumulo di nanoshell, all’interno delle cellule muscolari. Il calore sviluppato si è dimostrato sufficiente a indurre la contrazione delle cellule». Questo approccio, definito fototermico, è in grado di determinare aumenti di temperatura di circa 5°C, variazione che consente di stare all’interno di intervalli di temperatura fisiologici. Ecco perché le cellule non ne vengono danneggiate.
«Il fatto interessante», prosegue Gianni Ciofani, «è che abbiamo dimostrato che una stimolazione fototermica cronica, cioè prolungata nel tempo, può apportare benefici in termini di miglioramento delle capacità energetiche delle cellule, con conseguenze assimilabili a quelle che, in vivo, avrebbe un esercizio fisico in grado di aumentare la temperatura del tessuto muscolare». Ovviamente, al momento lo studio è stato condotto in vitro, ma la scoperta necessita ora di essere proseguita in vivo e, quindi, su animali. Quali potrebbero essere le applicazioni del domani di questa tecnologia?
Applicazioni ancora tutte da definire
Spiega Ciofani: «in ambito riabilitativo questa tecnologia ha potenzialità in tutti quei casi dove è necessaria una stimolazione muscolare ma, essendo a uno stadio ancora piuttosto precoce, è difficile fare ipotesi di applicazioni cliniche. Molto più a breve termine sono invece le prospettive in ambito di ingegneria dei tessuti: in questo caso la stimolazione avviene su costrutti cellulari in vitro». Volendo però peccare di fantasia, si potrebbe dire che i risultati raggiunti dallo studio dell’IIT aprono la strada a nuovi approcci terapeutici non invasivi, in ambiti che vanno dalla medicina rigenerativa alla riabilitazione, dal trattamento di patologie muscolari fino alla medicina dello sport. In prospettiva, si può immaginare che questa tecnologia potrà favorire lo sviluppo di trattamenti mirati in caso di patologie che compromettono la funzionalità o il metabolismo muscolare. Perché tutto questo possa un giorno diventare realtà, è comunque fondamentale che la ricerca continui. E così sarà.
Stefania Somaré
