Bioelettronica sostenibile per il cervello grazie all'innovativa piattaforma a base di grafene che combina materiali sostenibili, avanzate capacità di rilevazione e stimolazione neurale in un unico dispositivo, sviluppata da un team dell'Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività (Cnr-Isof ) e dell’Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati (Cnr-Ismn) del Consiglio Nazionale delle Ricerche insieme a colleghi dell'Università Ca' Foscari Venezia, dell'Università degli Studi di Ferrara, dell'Università degli Studi di Bologna e altre istituzioni.
La piattaforma, descritta su Advanced Materials, è biodegradabile e biocompatibile, realizzata in poli(acido lattico) (PLA) e ossido di grafene, prodotta attraverso un processo sostenibile a base acquosa e trasformata in dispositivi conduttivi mediante funzionalizzazione laser.
Gli elettrodi a base di grafene così ottenuti presentano una combinazione unica di proprietà: sono in grado di rilevare con elevata sensibilità neurotrasmettitori e altre molecole biologicamente rilevanti, oltre a interagire con gli astrociti, cellule gliali del cervello sempre più riconosciute come modulatori attivi delle funzioni cerebrali e delle loro alterazioni patologiche. La piattaforma ha dimostrato eccellenti prestazioni nella rilevazione elettrochimica di neurotrasmettitori catecolaminergici quali adrenalina, dopamina e noradrenalina, superando le prestazioni dei convenzionali elettrodi commerciali a base di carbonio e mantenendo al contempo una completa biodegradabilità.
Parallelamente, i ricercatori hanno dimostrato che lo stesso materiale è in grado di modulare selettivamente la segnalazione del calcio negli astrociti attraverso la stimolazione elettrica. Regolando le proprietà degli elettrodi in grafene ottenuti mediante scrittura laser, è stato possibile controllare l'intensità e la dinamica delle risposte astrocitarie, aprendo nuove opportunità per lo studio della comunicazione neurone-glia e per lo sviluppo di future terapie bioelettroniche.
Questo lavoro rappresenta un significativo passo avanti verso una piattaforma tecnologica neurogliale multifunzionale ed ecosostenibile, capace sia di monitorare le molecole bioattive rilasciate nel cervello sia di modulare attivamente l'attività cellulare. Integrando funzioni di sensing e stimolazione all'interno di una piattaforma avanzata biodegradabile, lo studio apre la strada a una nuova generazione di dispositivi medici intelligenti con un ridotto impatto ambientale.
Questa ricerca introduce una nuova classe di interfacce neurali sostenibili, che uniscono materiali avanzati a base grafene, bioelettronica, neurotecnologie ed elettronica sostenibile. Lo studio dimostra come i parametri di fabbricazione, come la laser fluence, possano essere utilizzati per modulare e controllare le proprietà elettriche, strutturali ed elettrochimiche del materiale, consentendo la progettazione integrata di dispositivi per il rilevamento elettrochimico e la stimolazione gliale.
"La piattaforma fornisce una rilevazione elettrochimica dei neurotrasmettitori altamente sensibile e selettiva, offrendo nuove opportunità per il monitoraggio biochimico in tempo reale", afferma Chiara Zanardi (Cnr-Isof).
"Consentendo il controllo selettivo della segnalazione del calcio negli astrociti, questa tecnologia offre un nuovo e potente strumento per indagare il ruolo attivo degli astrociti nelle funzioni cerebrali e nelle malattie neurologiche. Inoltre, si inserisce pienamente negli sforzi e nelle strategie internazionali volte allo sviluppo di un'elettronica sostenibile che ponga gli astrociti al centro delle future terapie per i disturbi neurologici", sottolinea Valentina Benfenati (Cnr-Isof).
"Questo lavoro dimostra come nanomateriali a base di grafene, processi avanzati di fabbricazione laser e compositi sostenibili possano essere combinati per garantire funzionalità bioelettroniche avanzate, aprendo la strada a tecnologie neurogliali innovative e rispettose dell'ambiente", conclude Emanuele Treossi (Cnr-Isof).
Il lavoro è stato sostenuto dai progetti PNRR MUR ECS_00000033_ECOSISTER, National Recovery Fund PRIN PNRR-NANODYN e AFOSR ASTROTALK.
L’attività sugli astrociti è parte della strategia del gruppo di lavoro "Advanced Materials and Biophysics" della Commissione Congiunta Italia-Stati Uniti per la Cooperazione Scientifica e Tecnologica tra il Ministero degli Affari Esteri e della Cooperazione Internazionale italiano e il Dipartimento di Stato degli Stati Uniti, co-presieduta dal dott. Luigi Ambrosio (CNR) e da Sofi Bin-Salamon (US-AFOSR).
L'articolo è stato pubblicato su Advanced Materials con Alessandra Scidà, Giulia Cazzador e Roberta Fabbri come co-prime autrici. Il lavoro è stato inoltre selezionato per una delle copertine del numero 58 della rivista ed è disponibile in accesso aperto (open access) al link riportato di seguito.
Nell'immagine: Illustrazione della piattaforma neurogliale sostenibile in grafene
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01 settembre 2026
