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Alambres inyectables para reparar el cerebro
Los nuevos tratamientos para las enfermedades neurológicas podrían ser posibles con una malla flexible que pueda estimular las células cerebrales individuales. 13 de octubre de 2016
En un laboratorio del sótano de la Universidad de Harvard, unas pocas hebras de malla de alambre delgado ondulan en el fondo de una taza de agua, como si estuvieran en un minúsculo baile de cintas. Las mallas, aproximadamente del largo de la tapa de un bolígrafo, pueden hacer algo sin precedentes: una vez inyectadas en el cerebro de un ratón vivo, pueden estimular de forma segura las neuronas individuales y medir el comportamiento de las células durante más de un año.
Las interfaces cerebrales electrónicas como estas podrían algún día ser cruciales para las personas con enfermedades neurológicas como el Parkinson. La enfermedad hace que un grupo de neuronas en un área del cerebro comience a morir, provocando temblores y sacudidas incontrolables. Enviar descargas eléctricas dirigidas a esta área puede ayudar a que las neuronas vivas vuelvan a estar en forma y detener los síntomas de Parkinson.
Esta historia fue parte de nuestra edición de noviembre de 2016
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Hoy en día, las personas pueden someterse a un tratamiento eléctrico llamado estimulación cerebral profunda. Pero tiene grandes limitaciones. Se trata de implantar electrodos rígidos y densos en el cerebro. Eso está lejos de ser ideal en un órgano tan blando: después de unas cuatro semanas, el tejido cicatricial comienza a acumularse. La única forma de hacer que los electrodos funcionen a través de este tejido es seguir aumentando el voltaje que se usa para excitar las neuronas. Eso puede ser peligroso y, a veces, se requiere otra cirugía para reemplazar el implante.
Charles Lieber, un químico de Harvard y pionero en nanomateriales, tuvo una idea diferente: una interfaz cerebral conductiva que refleje los detalles finos del propio cerebro. Así como las neuronas se conectan entre sí en una red que tiene espacios abiertos por donde pasan las proteínas y los fluidos, las tramas cruzadas en la electrónica de malla flexible de Lieber dejan espacio para que las neuronas encajen, en lugar de ser empujadas hacia un lado por un objeto extraño en forma de caja. Este dispositivo desdibuja efectivamente la interfaz entre un sistema vivo y un sistema no vivo, dice Guosong Hong, un postdoctorado en el laboratorio de Lieber.
La malla extremadamente flexible, hecha de alambres de oro intercalados entre capas de un polímero, se enrolla fácilmente en una aguja para que pueda inyectarse en lugar de implantarse, evitando una cirugía más extensa. Parte de la malla sobresale a través del cerebro y un agujero en el cráneo para que pueda conectarse a una computadora que controla las descargas eléctricas y mide la actividad de las neuronas. Pero eventualmente, dice Lieber, los controles y la fuente de alimentación podrían implantarse en el cuerpo, como lo están en los sistemas actuales para la estimulación cerebral profunda.
Los investigadores prevén que la malla tenga muchos usos más allá del Parkinson. Podría ayudar a tratar la depresión y la esquizofrenia con mayor precisión que los medicamentos actuales, que bañan todo el cerebro en sustancias químicas y provocan una serie de efectos secundarios.
Primero, sin embargo, necesita ser probado en humanos. El grupo de Lieber se está asociando con médicos del Hospital General de Massachusetts y pronto comenzará experimentos en personas con epilepsia.
Izquierda: la electrónica de malla (líneas de oro entre capas de un polímero) se produce en lotes en una oblea de silicio.
Derecha: este primer plano de la malla muestra una almohadilla en el medio que estimula las neuronas. Las almohadillas más pequeñas miden su actividad.
El dispositivo es lo suficientemente flexible como para ser inyectado con una aguja. La estructura en forma de red evita que interrumpa demasiado las neuronas una vez implantada.
Izquierda: como se demuestra aquí en el agua, la malla es extremadamente flexible una vez en el cerebro.
Derecha: fuera del cerebro (o del agua), la estructura se afloja.
El dispositivo implantado se conecta a una computadora, que controla las descargas eléctricas y registra el comportamiento de las neuronas.
Una página de 2007 del cuaderno de Lieber muestra su primera concepción de la malla.