Ricerca Scientifica: Verso Una Retina Artificiale Biocompatibile

Crediti immagine: milanosanita.it

Nuovi importanti sviluppi, nel campo della ricerca scientifica, verso una retina artificiale biocompatibile.

A gennaio 2011 i ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia mostravano un dispositivo fotovoltaico in grado di indurre la comunicazione tra neuroni in risposta alla luce. Oggi gli stessi ricercatori dimostrano la sua efficacia nel restituire la sensibilità alla luce a retine prive di fotorecettori, confermando la possibilità di avere, nel prossimo futuro, un sostituto artificiale organico della retina anche per l’uomo.

Lo studio, pubblicato sulla rivista internazionale Nature Photonics dal titolo “A polymer optoelectronic interface restores light sensitivity in blind rat retinas” , è stato condotto dai ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia, in particolare del Dipartimento di Neuroscience and Brain Technologies (NBT) a Genova e del Center for Nano Science and Technology (CNST) presso il Politecnico di Milano, in collaborazione con l’Università dell’Aquila, l’Università di Genova e l’UO Oculistica dell’Ospedale S. Cuore - Don Calabria di Negrar (Verona) ed è finanziato dalla Fondazione Telethon.

La retina è composta dai fotorecettori neuronali, cioè neuroni chiamati coni e bastoncelli, capaci di captare i segnali luminosi e di trasformarli in segnali elettrici alle cellule gangliari della retina e quindi al cervello attraverso il nervo ottico. Nel loro studio, i ricercatori hanno utilizzato la retina di mammiferi in cui fosse presente una degenerazione dei fotorecettori, in modo da avere un modello sperimentale di alcune patologie degenerative della retina, quali la retinite pigmentosa o la degenerazione maculare. L’obiettivo è stato di sostituire i fotorecettori con un materiale sensibile alla luce, in grado di restituire la fotosensibilità della retina, adagiando la retina su uno strato di semiconduttore organico fotovoltaico.

“Rispetto alla miscela a due componenti usata due anni fa, il materiale è leggermente diverso”, spiega il Prof. Guglielmo Lanzani, Coordinatore del CNST dell’Istituto Italiano di Tecnologia, “Abbiamo, infatti, utilizzato un singolo materiale polimerico semiconduttore, più semplice e meno tossico per il tessuto biologico”.
Il materiale è un semiconduttore organico fotovoltaico, detto rr-P3HT, che, a differenza dei materiali metallici o a base di silicio, utilizzati finora per tali interfacce biotecnologiche, è soffice, leggero, flessibile e altamente biocompatibile, oltre ad essere naturalmente sensibile alla luce visibile. L’effetto fotovoltaico che ne è alla base lo rende, poi, una protesi che non necessita di una sorgente elettrica esterna per funzionare.

“Il risultato che abbiamo raggiunto è fondamentale per procedere verso la realizzazione di una protesi retinica organica per l’uomo”, commenta il Prof. Fabio Benfenati, Direttore del Dipartimento di NBT dell’Istituto Italiano di Tecnologia, “Abbiamo dimostrato che il tessuto retinico degenerato nei fotorecettori, una volta a contatto con lo strato di semiconduttore, recupera la sua fotosensibilità a livelli di luminosità paragonabili alla luce diurna e genera segnali elettrici nel nervo ottico del tutto simili a quelli generati da retine normali”.

Il dispositivo presenta, infine, il vantaggio di ottenere un effetto della stimolazione luminosa estremamente localizzato, riproducendo la risoluzione spaziale della retina. Il passo successivo sarà, quindi, l’applicazione di questo dispositivo a modelli animali di retinite pigmentosa per verificare, dopo l’impianto retinico, la sua efficacia nel recuperare la funzione visiva, la sua biocompatibilità e durata a lungo termine.

A. Immagine di sezioni di una retina normale (sinistra) e di una retina con degenerazione dei fotorecettori (destra; strato onl).

B. Registrazioni elettrofisiologiche dell'attività elettrica indotta dalla luce a livello delle cellule gangliari della retina che inviano i segnali in uscita dalla retina al cervello.

C. Confronto tra l'attività elettrica evocata dalla luce in retine normali (colonne nere), in retine degenerate (colonne bianche) ed nelle stesse retine degenerate a contatto con il polimero fotovoltaico

ISTITUTO ITALIANO DI TECNOLOGIA

L’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) è una Fondazione di diritto privato istituita congiuntamente dal Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca e dal Ministero dell'Economia e delle Finanze, con l'obiettivo di promuovere l'eccellenza nella ricerca di base e in quella applicata e di favorire lo sviluppo del sistema economico nazionale. Lo staff complessivo di IIT conta 1141 persone. L’area scientifica è rappresentata da circa l’85% del personale. Il 42% dei ricercatori proviene dall’estero: per il 24% stranieri da circa 50 Paesi e per il 18% italiani rientrati.

La produzione di IIT vanta più di 3000 pubblicazioni e 104 invenzioni che hanno originato 169 brevetti. Nella sede di Genova collaborano dipartimenti di Robotica (“Robotica, Cervello e Scienze Cognitive” e “Robotica Avanzata”), dipartimenti orientati alle scienze della vita (“Neuroscienze e Tecnologie del Cervello”, e “Scoperta e Sviluppo Farmaci”) e facility di “Nanochimica”, “Nanofisica”, “Nanostrutture”, “Pattern Analysis & Computer Vision” e “iCub Facility”. Dal 2009 l’attività scientifica è stata ulteriormente rafforzata con la creazione di dieci centri di ricerca nel territorio nazionale (a Torino, Milano, Trento, Parma, Roma, Pisa, Napoli, Lecce) che, unitamente al Laboratorio Centrale di Genova, sviluppano le nuove piattaforme del piano scientifico 2012-2014.