Controllare i muscoli con la luce la sfida optogenetica del MIT

 

Al MIT sviluppano una tecnica opto genetica per controllare i muscoli con la luce. Meno fatica e più precisione della stimolazione elettrica.

Per le persone con paralisi o amputazioni, i sistemi neuro protesici che stimolano artificialmente la contrazione muscolare con la corrente elettrica, possono aiutare a recuperare la funzione degli arti. Tuttavia nonostante anni di ricerca, questo tipo di protesi non è molto diffuso a causa della rapida insorgenza della fatica muscolare e dello scarso controllo. Ora i ricercatori del MIT hanno sviluppato un nuovo approccio che sperano possa offrire un migliore controllo muscolare con meno affaticamento. Un approccio basato sull' optogenetica invece di usare l' elettricità per stimolare i muscoli, hanno utilizzato la luce. In uno studio sui topi, i ricercatori hanno dimostrato che questa tecnica offre un controllo muscolare più preciso, insieme a una drastica riduzione della fatica. Anche se attualmente non è applicabile agli esseri umani, questo metodo potrebbe rivoluzionare il campo delle protesi e aiutare le persone con funzionalità degli arti compromessa. 

L' idea di controllare i muscoli con la luce può sembrare fantascienza, ma in realtà si basa su un principio be noto in biologia, l'optogenetica. Questa tecnica consiste nel modificare geneticamente le cellule per far esprimere loro delle proteine sensibili alla luce, permettendo così di controllare l' attività espandendole a impulsi luminosi. Finora l' optogenetica è stata utilizzata soprattutto per studiare il funzionamento del cervello, ma i ricercatori del MIT hanno avuto l' intuizione di applicarla al controllo del movimento. 

Il loro esperimento sui topi, ha dimostrato che la stimolazione ottica dei muscoli offre diversi vantaggi rispetto alla tradizionale stimolazione elettrica. Innanzitutto, permette un controllo più fine e graduale della  forza di contrazione, simile a quella naturale del corpo umano. Mentre la stimolazione elettrica tende ad attivare tutto il muscolo in una volta, provocando movimenti bruschi e poco precisi, la luce consente di reclutare le fibre muscolari in modo progressivo ottenendo una risposta più fluida e proporzionale all' intensità dello stimolo.

Ma il vero punto di forza dell' optogenetica è la resistenza alla fatica. I muscoli stimolati elettronicamente si usurano rapidamente, in cinque e dieci minuti, rendendo difficile un uso prolungato delle protesi. Con luce invece, i ricercatori sono riusciti a mantenere a stimolazione per oltre un' ora prima di osservare segni di affaticamento, un risultato che apre prospettive entusiasmanti per il recupero della funzionalità motoria nelle persone con disabilità.

Naturalmente il passaggio dai topi all' uomo non è immediato, la principale difficoltà consiste nel trovare un modo sicuro ed efficace per introdurre le proteine sensibili alla luce nei muscoli umani, alcuni anni fa il laboratorio di Hugh Herr  aveva riportato che nei ratti queste proteine possono scatenare una risposta immunitaria che le disattiva e può portare ad atrofia muscolare e morte cellulare. Un ostacolo non da poco, su cui i ricercatori stanno lavorando. 

Lo sviluppo di nuovi sensori per misurare la forza e la lunghezza dei muscoli, nonché di nuovi modi per impiantare la sorgente luminosa. Una sfida ingegneristica non indifferente, ma che i ricercatori sono determinati ad affrontare. Se avranno successo sperano che la loro strategia possa beneficiare le persone che hanno subito ictus, amputazioni degli arti, e lesioni del midollo spinale, così come altri che hanno una capacità compromessa di controllare i propri arti. 

Le implicazioni di questa ricerca vanno ben oltre il campo medico. Se la tecnica optogenetica dovesse dimostrarsi efficace e sicura sull' uomo, potrebbe aprire la strada a un vero e proprio potenziamento della capacità motorie. Immaginate di poter aumentare la forza, la velocità, e la resistenza dei vostri muscoli con un a semplice iniezione di proteine sensibili alla luce, o di poter controllare il movimento di un arto robotico con il pensiero, grazie a un' interfaccia optogenetica cervello-macchina. Scenari che oggi sembrano fantascienza ma che domani potrebbero diventare realtà.