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Un gruppo di ricerca tedesco spiega come trasformare i microelettrodi degli impianti cocleari per misurare i livelli di ossigeno nella coclea.

L’importanza degli impianti cocleari per correggere l’ipoacusia neurosensoriale profonda è ormai riconosciuta, tanto che tali device rappresentano la terapia standard in caso di perdita dell’udito.
Queste protesi neurali, infatti, sono in grado di svolgere in modo molto efficace la funzione delle cellule ciliate nella coclea attraverso la stimolazione elettrica diretta del nervo acustico. Una componente fondamentale dell’impianto cocleare è rappresentata dai microelettrodi in platino, che trovano applicazione in molti tipi di sensori elettrochimici e biosensori utilizzati per misurare in continuo e in tempo reale la concentrazione di specifiche sostanze chimiche in determinati ambienti.

Trasformare gli elettrodi in sensori elettrochimici

Di recente, un gruppo di ricercatori tedeschi ha sviluppato un metodo elettrochimico per trasformare i microelettrodi in platino degli impianti cocleari standard, senza modificarli, in sensori chimici in grado di misurare le concentrazioni di ossigeno e le proprietà catalitiche dell’elettrodo, per esempio attraverso la quantità di ossido di platino prodotta durante le reazioni chimiche. Nelle valutazioni in vitro, gli elettrodi hanno mostrato risposte lineari, stabili e altamente riproducibili, dimostrando una buona funzionalità come sensori elettrochimici per l’ossigeno.

Lo stesso gruppo di ricerca ha quindi sperimentato questo approccio in vivo, su un modello animale, utilizzando per la prima volta i microelettrodi in platino degli impianti cocleari standard come sensori elettrochimici per la misurazione delle concentrazioni intracocleari di ossigeno in tre femmine adulte di topo. L’impianto è stato posizionato e collegato a un potenziostato; un elettrodo era l’elettrodo di lavoro, mentre gli altri due sono stati usati come controelettrodi, ottenendo un segnale con stabilità paragonabile a quella osservata in vitro.

Durante l’esperimento, condotto sotto anestesia, i topi hanno respirato principalmente ossigeno atmosferico; tuttavia, per poter indurre cambiamenti nella concentrazione di ossigeno nella coclea e misurarli tramite gli elettrodi dell’impianto, è stato somministrato ossigeno puro tramite una maschera per brevi periodi, di durata compresa tra 40 e 200 secondi.

Dopo che i topi avevano respirato ossigeno puro, è stata misurata in tempo reale la dinamica dell’ossigeno all’interno della coclea. In generale, l’introduzione dell’ossigeno puro ha indotto cambiamenti rapidi e riproducibili nei livelli di ossigeno intracocleare: un aumento della concentrazione compariva sempre entro 30 secondi dall’inizio dell’erogazione, e questo indica che l’aumento dei livelli di ossigeno disciolto si trasferisce direttamente nella perilinfa. L’interruzione dell’erogazione di ossigeno, portava a un declino della concentrazione intracocleare con una dinamica simile.

I ricercatori hanno poi valutato il corretto posizionamento dell’impianto nella coclea e la sua funzionalità in termini di stimolazione del nervo acustico, tramite la misurazione dei potenziali evocati uditivi del tronco encefalico, che sono risultati ben differenziati e caratterizzati da picchi tipici e distinguibili. Questo indica che il nervo acustico stimolato elettricamente trasmette l’attività neuronale al sistema uditivo centrale e induce la risposta da parte del tronco encefalico. La misurazione ripetuta dei potenziali evocati uditivi non è risultata influenzata dalle precedenti misurazioni elettrochimiche, e viceversa.

Un futuro ricco di possibilità

«Il miglioramento dell’impianto cocleare mediante le funzionalità del sensore elettrochimico apre nuove prospettive, con un’elevata rilevanza clinica per un numero di pazienti in costante aumento» commentano gli autori della ricerca. «La possibilità di utilizzare gli elettrodi degli impianti cocleari standard come sensori elettrochimici può consentire l’accesso al microambiente biochimico circostante l’elettrodo e lo studio a lungo termine della funzionalità dell’elettrodo stesso. Il lavoro futuro sarà indirizzato a garantire la stabilità delle proprietà del sensore nel corso del tempo e durante la stimolazione elettrica intracocleare prolungata. A lungo termine, l’obiettivo è ottenere un monitoraggio permanente degli elettrodi di stimolazione da parte dell’impianto stesso, attraverso tecniche elettrochimiche ottimizzate, per consentire, per esempio, la diagnosi precoce della degenerazione degli elettrodi nei pazienti con impianto cocleare».

Reference

Weltin A, Kieninger J, Urban GA, et al. Standard cochlear implants as electrochemical sensors: Intracochlear oxygen measurements in vivo. Biosens Bioelectron. 2022 Mar 1;199:113859.

09 Marzo 2022
Autore: 1951