Flessibile e leggero, ma allo stesso tempo denso e resistente. Stiamo parlando del grafene, un materiale dalle straordinarie proprietà fisiche e chimiche, che ha colpito ancora. Stavolta le sue caratteristiche hanno permesso di potenziare le attività di comunicazione fra neuroni. A mostrarlo è uno studio internazionale, guidato da un gruppo italiano della Scuola internazionale superiore di studi avanzati (Sissa) a Trieste. Per la prima volta i ricercatori hanno documentato sperimentalmente un fenomeno, finora soltanto teorico, detto intrappolamento ionico. Con questo effetto, le cellule nervose, fatte crescere nella rete di grafene, sono risultate più attive e sono riuscite a comunicare meglio fra loro. Lo studio è stato svolto all’interno del progetto europeo Graphene Flagship ed i risultati sono pubblicati su Nature Nanotechnology.
I ricercatori hanno fatto crescere dei neuroni nel grafene, un materiale costituito da un solo strato di atomi di carbonio, disposti in una griglia a forma di nido d’ape.
Nonostante sia sottilissimo, dunque, è molto robusto: tanto che, dalla combinazione di approcci teorici e sperimentali, i ricercatori hanno dimostrato che questo materiale riesce ad intrappolare sulla sua superficie alcuni ioni, ovvero atomi o molecole che hanno perso o acquisito uno o più elettroni, e a tenerli nella sua trama. Questo intrappolamento ionico avviene all’interfaccia fra neuroni e grafene. “È come se il grafene fosse una sottilissima calamita”, sottolinea Denis Scaini, ricercatore della Sisas che ha guidato la ricerca insieme a Laura Ballerini, “sulla cui superficie rimangono intrappolati parte degli ioni potassio presenti nella soluzione extracellulare frapposta tra le cellule e il grafene”.
Tale fenomeno è importante, dato che proprio l’abilità di trattenere questi ioni (che sono atomi o molecole cariche elettricamente) potrebbe essere alla base del potenziamento dell’attività neuronale, favorendo la comunicazione fra i neuroni. “È questa piccola variazione [l’intrappolamento ionico, ndr]”, prosegue Scaini “a determinare l’aumento dell’eccitabilità neuronale”. Ciò che aumenta, in pratica, l’attività delle sinapsi, dove la sinapsi (o giunzione sinaptica) collega i neuroni e permette la comunicazione. Questo incremento, inoltre, è dovuto ad una maggiore accensione delle cellule più che ad un aumento del numero, delle dimensioni o della densità delle sinapsi. La ricerca, inoltre, ha messo in evidenza un’altra proprietà del grafene, ovvero quella di intrappolare gli ioni. “Questo effetto di trappola ionica – aggiunge Ballerini – era descritto solamente in via teorica”.
Il potenziamento dei neuroni, però, si realizza solo quando il grafene viene posto a contatto con un materiale isolante, come il vetro, oppure quando viene sospeso in soluzione, mentre svanisce quando è a contatto con un conduttore, come rame o ferro. Così la scelta dei materiali e delle tecnologie con cui combinare i materiali diventa essenziale per rendere massime le interazioni fra grafene e ioni e dunque per aumentare l’attività neuronale. “Capire come varia il comportamento del grafene a seconda del substrato su cui si adagia è fondamentale per le sue applicazioni future, soprattutto in ambito neurologico”, conclude Scaini. Un esempio potrebbe riguardare innovativi elettrodi di stimolazione cerebrale o dispositivi visivi.
