Luce come telecomando per i muscoli: Ziapin2 apre nuove frontiere nella medicina e nella robotica

Un interruttore molecolare per la contrazione muscolare

La ricerca scientifica sta compiendo passi da gigante nell’ambito della bioingegneria, aprendo nuove frontiere per la cura di malattie e lo sviluppo di tecnologie innovative. Un team di ricercatori dell’Istituto italiano di tecnologia (IIT) e del Politecnico di Milano ha sviluppato un interruttore molecolare, chiamato Ziapin2, in grado di controllare la contrazione dei muscoli tramite la luce. La scoperta, pubblicata sulla rivista Nature Communications Biology, rappresenta un passo avanti significativo nel campo della neurostimolazione e della robotica ibrida.

Ziapin2: un fototrasduttore per la stimolazione muscolare

Brevettata nel 2018 e presentata per la prima volta nel 2020 su Nature Nanotechnology, la molecola Ziapin2 è un fototrasduttore, ovvero è in grado di assorbire la luce e trasformarla in un segnale elettrico. In precedenza, Ziapin2 è stata sperimentata per attivare i neuroni, ma in questo nuovo studio è stata somministrata a cellule muscolari scheletriche, responsabili della contrazione volontaria dei muscoli, coltivate in laboratorio. Quando le cellule sono state illuminate, la luce assorbita è stata tradotta in elettricità, inducendo contrazioni muscolari.

Vantaggi della fotostimolazione rispetto alla stimolazione elettrica

I ricercatori, coordinati da Guglielmo Lanzani, responsabile dell’Unità Nanomaterials for Energy and Lifescience dell’IIT, hanno confrontato la stimolazione luminosa con quella elettrica, evidenziando i vantaggi dell’uso della fotostimolazione, in particolare per trattamenti a lungo termine. L’utilizzo prolungato degli elettrodi, infatti, può portare alla degradazione dei tessuti del paziente e degli elettrodi stessi, con conseguente diminuzione dell’efficacia del trattamento. La fotostimolazione, invece, offre:

• Maggiore versatilità: la luce può essere somministrata da remoto senza contatto fisico.
• Maggiore precisione: è possibile un’elevata selettività spazio-temporale.
• Minor invasività e tossicità.

Applicazioni promettenti in medicina e robotica

Queste caratteristiche promettenti rendono la fotostimolazione delle cellule un’opzione interessante per diverse applicazioni future, tra cui:

• Cardiologia: per il trattamento di aritmie e altre patologie cardiache.
• Riabilitazione muscolare: per il recupero di pazienti affetti da lesioni o malattie neurologiche.
• Cura di degenerazioni neuronali: per la stimolazione di neuroni danneggiati in malattie come il Parkinson e l’Alzheimer.
• Robotica ibrida: per il controllo dei movimenti di robot costituiti da componenti artificiali e biologiche, da impiegare in esplorazioni ambientali, applicazioni mediche e protesi.

Un futuro luminoso per la medicina e la robotica

La scoperta di Ziapin2 apre nuove e affascinanti prospettive per la medicina e la robotica. La possibilità di controllare la contrazione muscolare tramite la luce offre un approccio non invasivo e altamente selettivo, con potenziali benefici per un’ampia gamma di pazienti e applicazioni. La ricerca in questo campo continua ad avanzare, e si prevede che le tecnologie basate sulla fotostimolazione avranno un impatto significativo nel prossimo futuro, contribuendo a migliorare la vita di milioni di persone.