Riassunto analitico
L’attività del sistema nervoso si fonda su correnti ioniche che determinano variazioni transienti del potenziale transmembrana dei neuroni. Anormalità nella trasmissione di questi segnali bioelettrici giocano un ruolo chiave nella perdita di funzioni neurologiche dovuta a patologie (es: morbo di Parkinson) o traumi (es: lesioni del midollo spinale). Elettroceutica è un termine recentemente coniato per indicare tutte le applicazioni bio-mediche di dispositivi elettronici che permettono il trattamento di tutta una serie di condizioni patologiche per mezzo di stimoli elettrici. In questo campo l’elettronica organica offre numerosi vantaggi: i conduttori, semiconduttori e dielettrici organici possono essere integrati su supporti biocompatibili e/o biodegradabili a dare dispositivi ultra-leggeri, flessibili e morbidi che ben si adattano ai tessuti biologici riducendo l’invasività dell’impianto e le conseguenti complicazioni; diverse architetture di transistor organici hanno dimostrato la propria applicabilità come sensori, trasduttori e stimolatori in un ambiente acquoso come quello dei fluidi biologici; la vastissima possibilità di ingegnerizzazione dei materiali rende questi dispositivi potenzialmente estremamente versatili da un punto di vista operativo. In questa tesi ci si è concentrati sulla progettazione, la fabbricazione e la caratterizzazione in vitro di due dispositivi bioelettronici multifunzionali. Il primo è volto al trattamento delle lesioni del midollo spinale con un approccio che integra la somministrazione loco-regionale di farmaci antiinfiammatori e la stimolazione elettrica, quest’ultima col duplice scopo di ripristinare artificialmente la comunicazione elettrica tra la zona a monte e quella a valle della lesione e di stimolare la rigenerazione endogena del tessuto nervoso. Questo dispositivo è stato fabbricato mediante fabbricazione inversa utilizzando oro come conduttore, PEDOT:PSS come semiconduttore e PLGA come substrato. La caratterizzazione in vitro è stata condotta mediante test di biocompatibilità e misure elettriche. Si è arrivati a studi preliminari in vivo tramite l’impianto del dispositivo in modelli murini di lesione spinale. Il secondo dispositivo è volto al trattamento del morbo di Parkinson con un approccio integrato che si propone di sfruttare gli elettrodi per il monitoraggio in loco dei livelli di dopamina ed eventualmente per la stimolazione elettrica dell’attività e della rigenerazione dei neuroni dopaminergici e la microfluidica integrata per il delivery di farmaci e di cellule per la terapia cellulare sostituzionale. Ci siamo concentrati sulla progettazione e la fabbricazione di questo dispositivo tramite il patterning di un’opportuna architettura elettrodica di PEDOT:PSS su un substrato di PDMS. Il dispositivo è stato poi caratterizzato in vitro mediante misure elettriche e ci si è infine concentrati sulla potenzialità del canale microfluidico come microcannula per l’infusione di cellule. A questo scopo sono stati condotti esperimenti di delivery attraverso il canale microfluidico di SH-SY5Y (una linea cellulare universalmente accreditata come modello fenotipico neuronale) ed è stata poi valutata la vitalità delle cellule trasportate mediante MTT uptake e immunofluorescenza, dimostrando una sopravvivenza prossima al 100%. Questi risultati aprono la strada all’ottimizzazione di questo dispositivo allo scopo di un impianto striatale in modelli murini di Parkinson.
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