Come NeuroString trasforma la ricerca su nervi e muscoli / How NeuroString Transforms Nerve & Muscle Research

 Come NeuroString trasforma la ricerca su nervi e muscoli / How NeuroString Transforms Nerve & Muscle Research

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

I ricercatori di Stanford hanno creato NeuroString, una fibra elettronica impiantabile in grado di monitorare e stimolare nervi e muscoli con una precisione senza precedenti, trasformando potenzialmente la ricerca ed il trattamento delle patologie gastrointestinali e neurologiche.

Progetto miniaturizzato per il massimo impatto

Il dispositivo, largo appena un quarto di millimetro - circa lo spessore di un capello umano - ospita da centinaia a migliaia di canali elettronici indipendenti. Ogni canale può rilevare sostanze neurochimiche, tracciare i movimenti intestinali, stimolare muscoli o nervi o monitorare l'attività di singoli neuroni. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Nature.

Affrontare le sfide cliniche nella chirurgia pediatrica

Il chirurgo pediatrico James Dunn, che cura i bambini affetti dalla sindrome dell'intestino corto, una condizione in cui alcune parti dell'intestino sono anormalmente corte, ha spiegato la sfida: "Ho lavorato per far crescere nuovo tessuto intestinale applicando una forza meccanica all'intestino, allungandolo, ma non avevo un modo per dimostrare che questo nuovo tessuto funzionasse esattamente come un intestino normale".

Collaborazione per una bioelettronica rivoluzionaria

Per risolvere questo problema, Dunn ha collaborato con Zhenan Bao, professore di ingegneria chimica presso la KK Lee University e direttore della Wearable Electronics Initiative di Stanford. Bao è noto per aver sviluppato circuiti simili alla pelle in grado di percepire stimoli estremamente piccoli.

"C'è un grande bisogno, sia in ambito clinico che di ricerca, di questi dispositivi bioelettronici minimamente invasivi per la rilevazione e la stimolazione", ha affermato il coautore Xiang Qian, specialista in neuromodulazione. "Si tratta di una fibra elettronica ad alta densità che è anche eccezionalmente biocompatibile grazie alla sua morbidezza. Può essere impiantata senza disagio o danni per il paziente e rimanere all'interno del corpo per mesi".

Tecnica di fabbricazione innovativa

NeuroString utilizza una tecnica di fabbricazione roll-up, avvolgendo a spirale centinaia di fili all'interno di una fibra morbida, esponendo i sensori sulla sua superficie. Gli attuali prototipi ospitano oltre 1.200 canali indipendenti e fibre più lunghe potrebbero ospitarne ancora di più.

Dimostrazione di applicazioni nel mondo reale

Nelle prime dimostrazioni, il gruppo ha utilizzato NeuroString per monitorare l'intestino dei maiali e tracciare i singoli neuroni nei topi per quattro mesi. Dunn ne ha sottolineato il potenziale: "Poter stimolare il muscolo e misurare altre funzioni in una regione specifica sarà trasformativo per la mia ricerca e potenzialmente per la mia pratica medica".

Ampio potenziale per strumenti medici e di ricerca

I ricercatori prevedono applicazioni più ampie, dalle pillole diagnostiche robotiche agli endoscopi ultrasottili, dai dispositivi per la somministrazione di farmaci alle pompe per insulina impiantabili. La tecnologia potrebbe anche consentire la stimolazione neurale a circuito chiuso per rilevare e correggere automaticamente i segnali anomali.

Promuovere la ricerca sugli organoidi con NeuroString

NeuroString potrebbe addirittura essere incorporato in organoidi coltivati ​​in laboratorio per monitorare lo sviluppo e studiare le malattie neurologiche, fornendo informazioni sui circuiti cerebrali e sulla crescita dei tessuti umani.

"Speriamo di infilare questi sottili componenti elettronici all'interno degli organoidi, per promuoverne e monitorarne la crescita", ha detto Bao. "Questa è la nostra visione ed è davvero entusiasmante".

ENGLISH

Stanford researchers have created NeuroString, an implantable electronic fibre that can monitor and stimulate nerves and muscles with unprecedented precision, potentially transforming research and treatment for gastrointestinal and neurological conditions.

Miniaturised Design for Maximum Impact

The device, just a quarter of a millimetre wide - about the thickness of a human hair - hosts hundreds to thousands of independent electronic channels. Each channel can detect neurochemicals, track gut movement, stimulate muscles or nerves, or monitor the activity of individual neurons. The team’s findings were published in Nature.

Addressing Clinical Challenges in Paediatric Surgery

Paediatric surgeon James Dunn, who treats children with short gut syndrome, a condition in which parts of the intestine are abnormally short, explained the challenge: “I’ve been working to grow new intestinal tissue by applying a mechanical force to the intestine—stretching it—but I didn’t have a way to demonstrate that this new tissue is functioning exactly like normal intestine.”

Collaboration for Breakthrough Bioelectronics

To address this, Dunn collaborated with Zhenan Bao, K.K. Lee Professor of Chemical Engineering and director of Stanford’s Wearable Electronics Initiative. Bao is known for developing skinlike circuits that can sense extremely small stimuli.

“There is great need, in both research and clinical settings, for these minimally invasive sensing and **stimulation bioelectronics,” said co-author Xiang Qian, a neuromodulation specialist. “It is a high-density electronic fibre that’s also exceptionally biocompatible due to its softness. It can be implanted without discomfort or harm to the patient and remain inside the body for months.”

Innovative Fabrication Technique

NeuroString uses a roll-up fabrication technique, spiralling hundreds of wires inside a soft fibre while exposing the sensors on its surface. Current prototypes host more than 1,200 independent channels, and longer fibres could accommodate even more.

Demonstrating Real-World Applications

In early demonstrations, the team used NeuroString to monitor pig intestines and track individual neurons in mice over four months. Dunn highlighted its potential: “To be able to stimulate the muscle and measure other functions in a specific region will be transformative for my research and potentially my medical practice.”

Broad Potential for Medical and Research Tools

Researchers foresee broader applications, from robotic diagnostic pills and ultra-thin endoscopes to drug delivery devices and implantable insulin pumps. The technology could also enable closed-loop neural stimulation to detect and correct abnormal signals automatically.

Advancing Organoid Research with NeuroString

NeuroString may even be embedded in lab-grown organoids to monitor development and study neurological diseases, providing insights into brain circuits and human tissue growth.

“We hope to thread these thin electronics inside and throughout organoids, to promote and monitor their growth,” Bao said. “That’s our vision and it’s pretty exciting.”

Da:

https://www.eurekamagazine.co.uk/content/news/how-neurostring-transforms-nerve-muscle-research/?utm_source=content_recommendation&utm_medium=blueconic