Nanoparticelle magnetoelettriche come tecnologia innovativa per la stimolazione del nervo vago: una quantificazione in silico = Magnetoelectric Nanoparticles as an Innovative Technology for Vagus Nerve Stimulation: A Computational Study

La Stimolazione del Nervo Vago (VNS) è una tecnica terapeutica che mira a modularne l'attività con molteplici scopi terapeutici, dal trattamento dell'epilessia farmacoresistente, alla depressione maggiore cronica, fino a nuove applicazioni in ambito riabilitativo. Le attuali tecnologie presentano limiti dovuti all’invasività e alla limitata portabilità, rendendo importante la ricerca di nuove tecnologie più sostenibili e meno invasive, che permettano una maggiore diffusione e sostenibilità della tecnica. Un crescente interesse negli ultimi anni è legato all’utilizzo di nanomateriali innovativi. Tra questi le nanoparticelle magnetoelettriche (MENPs), materiali compositi, caratterizzati da un nucleo magnetostrittivo ed uno shell piezoelettrico, che presentano il cosiddetto “effetto magnetoelettrico”. La presenza di un campo magnetico a bassa intensità crea una deformazione del nucleo magnetostrittivo, che si propaga in modo solidale al guscio piezoelettrico, creando un campo elettrico nell’immediata vicinanza delle nanoparticelle. Questa proprietà le rende estremamente promettenti per la neurostimolazione wireless e minimamente invasiva. Disperse nel tessuto biologico le MENPs possono essere attivate da un campo magnetico esterno per generare un campo elettrico localizzato che stimola selettivamente cellule nervose o fibre specifiche. Il presente studio si è focalizzato sull’ analisi delle grandezze fisiche e dell’interazione delle MENPs con il tessuto nervoso nell’ipotesi di utilizzarle come strumento innovativo per la stimolazione del nervo vago. Tramite metodi di bioelettromagnetismo computazionale sono state valutate le distribuzioni di campo elettrico ottenute con diverse configurazioni di nanoparticelle disperse nel tessuto nervoso. L’interazione con il tessuto del nervo vago è stata quantificata tramite l’utilizzo di modelli di dinamica neuronale propri delle fibre non mielinate. Per tenere conto della variabilità ed incertezza dovute ad aspetti di numerosità, posizionamento e orientamento delle MENPs del tessuto, sono stati analizzati diversi scenari a complessità crescente. Vista la possibilità di ottenere andamenti temporali differenti del campo elettrico indotto nel tessuto tramite le MENPs, sono stati analizzati tre tipi di stimoli: monopolare, bipolare e sinusoidale. I risultati suggeriscono che posizione, distanza e orientamento delle MENPs abbiano un ruolo fondamentale nella capacità di ottenere una stimolazione del tessuto nervoso. In particolare, l’utilizzo di un andamento monopolare della stimolazione permette di ottenere risultati più promettenti. I risultati ottenuti costituiscono la prima valutazione della possibilità di ottenere una modulazione del nervo vago tramite MENPs ed aprono alla necessità di una quantificazione che tenga conto di una modellizzazione del fenomeno più realistica, considerando aspetti quali la variazione della concentrazione delle MENPs e geometrie tissutali più realistiche.