Investigadores europeos han creado una sonda cerebral delgada que puede registrar señales, administrar fármacos y activar varias áreas del cerebro simultáneamente. Conocida como microfluidic Axialtrode, o mAxialtrode, la herramienta es una fibra flexible que contiene ocho canales estrechos que recorren toda su longitud. En ratones vivos, detectó actividad eléctrica de la corteza cerebral y el hipocampo, entregó materiales a distintas profundidades y envió luz a las células nerviosas, todo durante un mismo procedimiento.
Esta investigación proviene de DTU, la Universidad de Copenhague, University College London y otras instituciones. Sus hallazgos aparecieron en la revista Advanced Science. En lugar del silicio rígido común en la mayoría de los implantes cerebrales actuales, el dispositivo utiliza fibras ópticas suaves y similares al plástico, las cuales, según afirman los científicos, reducen la irritación y la inflamación dentro del cerebro. También cuenta con una punta en ángulo que reduce su tamaño, disminuyendo el daño cuando se inserta en el órgano.
«La mayoría de los implantes cerebrales actuales se basan en materiales duros como el silicio, que puede irritar el cerebro y desencadenar reacciones inflamatorias en el tejido. El nuevo implante se diferencia en que está hecho de fibras ópticas suaves y similares al plástico y tiene una punta especialmente en ángulo que lo hace más pequeño y reduce el daño causado cuando se coloca en el cerebro.»
Registro, Entrega y Estimulación en una Sola Fibra
La mAxialtrode hace tres cosas a la vez:
| Función | Detalles |
|---|---|
| Registro | Un núcleo conductor de luz recorre el centro de la fibra, rodeado por ocho canales microscópicos que contienen delgados cables de metal para medir la actividad eléctrica. Se probó en ratones vivos y registró señales de la corteza cerebral y el hipocampo. |
| Entrega | Los mismos canales que transportan cables también transportan líquidos; los investigadores inyectaron diferentes sustancias a distintas profundidades, con puntos de entrega separados casi a tres milímetros de distancia. |
| Estimulación | La fibra transporta luz a las regiones profundas del cerebro; en las pruebas con ratones, estimuló las células nerviosas utilizando tanto luz azul como roja. |
Las tres funciones se ejecutan simultáneamente a través de una única fibra delgada que los ratones llevaban sin mostrar ningún signo de incomodidad. Los investigadores afirman que este método proporciona a los científicos un medio más preciso y menos invasivo para estudiar el cerebro, y que la tecnología podría eventualmente ayudar a tratar trastornos neurológicos como la epilepsia.
Limitación de las fibras convencionales
Muchos estudios del cerebro se basan en fibras ópticas de extremo plano, delgadas varillas de vidrio o plástico que transmiten luz a las profundidades del cerebro. Estas fibras sirven como una herramienta clave en la optogenética, donde las células nerviosas particulares se activan con luz.
Las fibras convencionales presentan una desventaja notable. Generalmente, interactúan con el tejido cerebral únicamente en la punta distante de la fibra, lo que limita a los investigadores a estimular o monitorear un solo punto en cualquier momento dado. Esa punta distante se conoce como la punta distal, o el «nariz», de la fibra. Es aquí donde emerge la luz y donde la fibra hace contacto con el tejido cerebral. Debido a esta disposición, los investigadores pueden encontrarse restringidos a evaluar o excitar una capa cerebral a la vez, a pesar de que numerosas funciones cerebrales dependen de la interacción entre varias capas y regiones más profundas.
En lugar de recopilar datos únicamente de la punta del dispositivo, la mAxialtrode ubica sus puntos funcionales a lo largo de su longitud. Este arreglo permite a los científicos capturar, transmitir y activar señales de varias áreas cerebrales simultáneamente.
Cómo se fabrica la fibra
Los investigadores comienzan con una barra de polímero grande y la calientan para estirarla en una fibra extremadamente delgada, de la misma manera que se produce un hilo muy fino de azúcar, aunque con mucha mayor precisión. El resultado es la mAxialtrode de calibre de aguja, que mide menos de medio milímetro de ancho.
Este dispositivo en particular está construido para doblarse y desplazarse junto con el tejido cerebral en lugar de imponerse a través de él con rigidez fija. Esa diferencia en la rigidez del dispositivo importa enormemente, ya que los implantes mucho más duros pueden desencadenar reacciones inflamatorias después de permanecer dentro del cerebro durante un tiempo prolongado. El material suave combinado con la punta especialmente diseñada está diseñado para reducir el daño durante el momento en que el implante se coloca en el cerebro.
¿Quién Construyó el Implante
Kunyang Sui, un investigador postdoctoral, y el Profesor Asociado Christos Markos construyeron el mAxialtrode juntos. El grupo de investigación está trabajando actualmente en la obtención de una patente para la tecnología que alimenta el electrodo cerebral. También están investigando qué pasos serían necesarios para comenzar a probar el dispositivo en pacientes a través de un ensayo clínico.
Los experimentos in vivo y la validación neurofisiológica se llevaron a cabo en estrecha cooperación con el Profesor Asociado Rune W. Berg de la Universidad de Copenhague y el Profesor Asociado Rob C. Wykes de University College London. Sus contribuciones cubrieron experiencia en el análisis de circuitos neuronales y modelos relevantes para la epilepsia.
¿Qué Mostraron las Pruebas
Los experimentadores colocaron su dispositivo dentro de las cabezas de ratones vivos, donde permaneció conectado a fuentes de luz, equipos de grabación y pequeñas bombas para la administración de fluidos.
Los investigadores pudieron estimular células nerviosas con luz azul y roja durante los experimentos. Registraron actividad eléctrica de regiones cerebrales superficiales y profundas, incluyendo la corteza cerebral y el hipocampo, al mismo tiempo. También inyectaron diferentes sustancias a diferentes profundidades, con puntos de entrega separados casi tres milímetros de distancia.
Los animales se sometieron a todas las pruebas y recibieron todo tipo de estímulos a través de una única fibra delgada, que soportaron sin mostrar ningún signo externo de angustia.
El Camino hacia el Uso Clínico
Antes de que la tecnología pueda ser utilizada para tratar a pacientes, se necesitarán extensas pruebas, mayor desarrollo y aprobaciones regulatorias, según Sui. Los investigadores están trabajando para obtener patentes para la tecnología y considerando lo que se requeriría para comenzar a probar el dispositivo en pacientes dentro de un entorno clínico. No se ha proporcionado un plazo para esos planes en la fuente.
El diseño del dispositivo, con su material flexible, tiene como objetivo reducir el tipo de hinchazón cerebral que a menudo resulta de implantes hechos de sustancias más duras que quedan dentro de la cabeza con el tiempo. Sin embargo, los científicos enfatizan que esta tecnología aún no ha llegado a un punto en el que pueda ser utilizada en pacientes humanos.
Comparación del mAxialtrode con Otros Implantes
En lugar de colocar sus puntos funcionales solo en la punta, el diseño del mAxialtrode los organiza a lo largo de la longitud del implante. Esta disposición permite a los investigadores registrar, entregar y estimular varias regiones cerebrales simultáneamente, una capacidad que la fuente califica como una fortaleza clave del dispositivo.
Los investigadores están utilizando el dispositivo como un medio para estudiar el cerebro con mayor precisión, y podría ayudar algún día con terapias para afecciones como la epilepsia. En la actualidad, sin embargo, se presenta como un prometedor primer paso en lugar de un producto terminado.
Material de la fuente: “Científicos crean un implante cerebral delgado como una aguja que puede hacer tres trabajos a la vez”, ScienceDaily.
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