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Impiantato il primo cranio di plastica trasparente al mondo: a cosa serve vedere il cervello

A un uomo di 39 anni è stata impiantata una protesi di cranio in plastica trasparente, una “finestra” che permette di vederne il cervello. Il paziente aveva subito un gravissimo trauma cranico dopo una caduta ed era stato necessario rimuovere metà della sua calotta cranica. È la prima volta al mondo che si esegue un intervento del genere. A cosa serve la protesi trasparente e perché è considerata rivoluzionaria.
A cura di Andrea Centini
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Credit: Todd Patterson / Università della California Meridionale
Credit: Todd Patterson / Università della California Meridionale

Per la prima volta nella storia della medicina è stata impiantata una protesi di cranio in plastica trasparente, che permette di osservare il cervello del paziente dall'esterno. A riceverla un uomo di 39 anni – Jared Hager – che aveva subito un gravissimo trauma cranico a seguito di una brutta caduta dallo skateboard. Anche se l'immagine che balza alla mente potrebbe apparire un po' macabra, ricordando esperimenti e personaggi tratti da romanzi di fantascienza, si tratta in realtà di un approccio rivoluzionario con svariati risvolti clinici e di ricerca. Oltre a poter capire meglio come funziona il cervello umano, infatti, una "finestra" di questo tipo permette ai medici di tenere sotto controllo eventuali complicanze che si sviluppano dopo interventi in cui è necessario rimuovere parti della calotta cranica. Il motivo principale per cui è stata sviluppata questa protesi risiede nel test di una tecnologia chiamata imaging ecografico funzionale (fUSI), in grado di raccogliere dati di imaging (scansioni) e attività elettrica cerebrali ad alta risoluzione in modo meno invasivo, più sicuro ed economico delle tecniche standard.

A impiantare la prima protesi di cranio in plastica trasparente al mondo e testare l'efficacia della tecnica fUSI è stato un team di ricerca statunitense guidato da scienziati della Scuola di Medicina Keck dell'Università della California Meridionale, che hanno collaborato a stretto contatto con i colleghi della Divisione di Chimica e Ingegneria Chimica del California Institute of Technology (CALTECH) e del Dipartimento di Bioingegneria dell'Università della California Riverside. Gli ingegneri della società Longeviti Neuro Solutions hanno collaborato mettendo a punto materialmente la protesi. I ricercatori, coordinati dal professor Charles Liu, docente di neurochirurgia clinica, urologia e chirurgia e direttore presso il Centro di Neurorestauro dell'ateneo californiano, hanno iniziato a lavorare sul caso di Jared Hager dal 2019, quando il ragazzo ebbe il grave incidente. La caduta fu talmente brutta che per trattare il trauma cranico e favorirne la guarigione (permettendo al cervello di gonfiarsi senza ostacoli) fu necessario rimuovere metà del suo cranio. In questi casi è previsto il successivo inserimento di una protesi cranica per sostituire il tessuto osseo rimosso. A causa della pandemia di Covid, tuttavia, l'intervento è stato ritardato di due anni, per questo il cervello de giovane è rimasto protetto solo da un lembo di pelle e tessuto connettivo.

Il ritardo ha permesso ai ricercatori di coinvolgere il trentanovenne in un progetto sperimentale basato proprio sull'inserimento di una robusta protesi cranica trasparente in polimetilmetacrilato (PMMA), un tipo di plastica utilizzato ad esempio per fanali delle auto, lenti a contatto e altri prodotti medici e commerciali. Questo tipo di protesi era stato già testato sui roditori e i ricercatori desideravano sperimentarla anche sull'essere umano per verificare l'efficacia l'imaging ecografico funzionale (fUSI). La tecnica, infatti, non funziona con le normali protesi del cranio; serve una finestra trasparente che permetta di vedere il cervello ed eseguire le scansioni. Per valutarne la funzione, Hager è stato sottoposto a un esperimento; la sua attività cerebrale e le immagini del cervello sono state raccolte prima dell'inserimento della protesi e dopo l'intervento, in entrambi i casi mentre eseguiva degli specifici compiti, come unire dei punti sullo schermo di un computer e suonare la sua chitarra (queste attività permettono di monitorare l'attività elettrica del cervello).

Nonostante una perdita di qualità nei dati delle scansioni eseguite con la protesi trasparente, le informazioni raccolte si sono rilevate comunque estremamente valide e preziose, in grado di evitare al paziente l'introduzione di elettrodi intracranici e altre procedure invasive, complesse, costose e non prive di rischi. “La fedeltà ovviamente è diminuita, ma, cosa importante, la nostra ricerca ha dimostrato che è ancora abbastanza elevata da essere utile. E a differenza di altre piattaforme di interfaccia cervello-computer, che richiedono l’impianto di elettrodi nel cervello, questa ha molte meno barriere all’adozione”, ha dichiarato il professor Liu in un comunicato stampa. La risoluzione, inoltre, è risultata essere superiore a quella di una risonanza magnetica funzionale (fMRi)

Come spiegato dagli esperti, molti dei pazienti che hanno bisogno di interventi come quelli di Hager finiscono per sviluppare problemi neurologici, demenza e altri disturbi, oltre ad andare incontro al rischio di sviluppare coaguli di sangue al di sotto delle protesi (dunque non visibili). Grazie alla finestra trasparente i medici possono monitorare meglio lo stato di salute del cervello, fare diagnosi più accurate e dunque offrire trattamenti adeguati e tempestivi. La protesi di Hager ha uno spessore generale di 4 millimetri e una piccola sezione di 2 millimetri, necessaria alla tecnologia fUSI (che si basa sugli ultrasuoni) per scandagliare il tessuto cerebrale sottostante. Al momento si tratta di una procedura sperimentale, ma in futuro le protesi craniche trasparenti potrebbero essere utilizzate su larga scala proprio per i molteplici benefici che comportano. Senza dimenticare che, chiaramente, possono essere coperte con cuoio capelluto finto e altre soluzioni simili, venendo esposte solo nel momento dei controlli. I dettagli della ricerca “Functional ultrasound imaging of human brain activity through an acoustically transparent cranial window” sono stati pubblicati sulla rivista Science Translational Medicine.

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