• elettrodi impiantabili
• interfacce neurali
• micro&nano fabbricazione

L’obiettivo della tesi è lo studio dell’interfaccia tessuto neurale – elettrodi neurali allo scopo di sviluppare soluzioni innovative nella progettazione di neuroprotesi.
Nonostante i notevoli miglioramenti raggiunti nello sviluppo di array di microelettrodi per la registrazione del potenziale extracellulare neurale, e nonostante le numerose tipologie di elettrodi realizzate per l’impiantazione cronica, esiste infatti un chiaro limite nella realizzazione di interfacce stabili tra tessuto neurale ed impianto capaci di assicurare la registrazione di segnali per tempi lunghi. Spesso l’assenza o la perdita dell’interfaccia può essere causata da fenomeni di risposta biologica del tessuto all’impianto (necrosi del tessuto, risposta infiammatoria) o da perdita di funzionalità (mancanza di adesione, rottura per avulsione). In entrambi i casi l’effetto è la perdita del segnale neurale e la necessità di rimuovere l’impianto.
Il lavoro di tesi si è quindi articolato in questi punti:
• Analisi dello stato dell’arte.
In primis è stata condotta una ricerca bibliografica sugli elettrodi esistenti, sui materiali attualmente adoperati per la realizzazione di elettrodi neurali e degli scaffold di supporto per la crescita di tessuto neurale, con particolare attenzione allo studio della risposta indotta dal materiale sul tessuto neurale in relazione alla sua natura chimica, alle sue proprietà meccaniche (flessibilità), alla morfologia della superficie (porosità).La ricerca bibliografica è stata utile anche per acquisire le conoscenze delle procedure standard per la preparazione della coltura cellulare e per progettare lo stadio elettronico di acquisizione e elaborazione del segnale.
• Fabbricazione dell’impianto.
L’impianto consiste in un dispositivo flessibile costituito da un microelettrodo a filo del diametro di circa 50 micron; tale microelettrodo è stato rivestito con un opportuno materiale sintetico che isola l’elettrodo e promuove l’adesione e la crescita neurale al fine di consentire la formazione di una interfaccia stabile e affidabile. Ciascun elettrodo ad una estremità espone una superficie attiva con una certa dimensione e morfologia a contatto col tessuto per l’acquisizione del potenziale neurale, mentre all’altra estremità possiede un sito per la rilevazione del segnale.
La realizzazione di questo dispositivo ha previsto l’utilizzo di sofisticate attrezzature che consentono la realizzazione di micro e nano lavorazioni. Sono state implementate diverse soluzioni, in termini di:
1. materiali per la realizzazione dell’elettrodo e diametro dell’elettrodo
2. materiali per la realizzazione del rivestimento
3. dimensione della superficie di contatto elettrodo-neurone.
• Validazione in vitro.
Il presente lavoro ha richiesto l’allestimento di un banco di prova in cui verificare le varie soluzioni implementate. Campioni di cellule neurali sono state coltivate in vitro e sono state disposte sui dispositivi realizzati. Il set-up elettronico sperimentale è consistito essenzialmente di un dispositivo per l’acquisizione, la lettura e la registrazione dei segnali biochimici. I test sono stati realizzati in atmosfera controllata, all’interno di una cappa a flusso laminare presente in camera bianca.

Il risultato atteso dal presente lavoro di tesi è l’identificazione di:
1. materiali che migliorino la compatibilità biologica e funzionale degli elettrodi neurali
2. nuovi criteri per la progettazione di soluzioni tecnologiche innovative che garantiscano la stabilità primaria e secondaria dell’impianto in accordo con i requisiti di massima affidabilità e minimo disagio per il portatore.

Tutto il lavoro di tesi è stato realizzato presso il Parco tecnologico PSV della Scuola Superiore Sant’Anna, Pontedera - Laboratorio CRIM, usufruendo della camera bianca, dell’officina meccanica e dell’officina elettronica del laboratorio sotto la visione del personale di laboratorio.
E’ stata inoltre istruttiva la conoscenza e la visione del lavoro svolto presso il Dipartimento di neurofisiologia del CNR di Pisa dal dott. Tommaso Pizzorusso e dai suoi collaboratori.