Crean un implante cerebral delgado como una aguja que realiza tres funciones a la vez

Un equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Dinamarca, junto a la Universidad de Copenhague y University College London, presentó un revolucionario implante cerebral conocido como microfluidic Axialtrode (mAxialtrode), que tiene un grosor similar al de una aguja y es capaz de realizar tres funciones simultáneamente: registrar actividad neuronal, administrar fármacos y estimular múltiples regiones del cerebro.

Este dispositivo, que incluye canales microscópicos a lo largo de su longitud, permite a los científicos registrar señales neuronales y entregar medicamentos en ubicaciones específicas del cerebro. Los resultados de las pruebas realizadas en ratones sugieren que esta tecnología podría ofrecer a los investigadores una forma más precisa y menos invasiva de estudiar el cerebro, así como potencialmente ayudar en el tratamiento de trastornos neurológicos como la epilepsia.

Los hallazgos fueron publicados en la revista Advanced Science.

Una herramienta multifuncional para la investigación cerebral

Por el momento, el mAxialtrode se concibe principalmente como una herramienta de investigación. Los científicos pueden utilizarlo para investigar cómo viajan las señales a través de las diferentes capas del cerebro en procesos relacionados con la epilepsia, la memoria y la toma de decisiones. A largo plazo, los investigadores consideran que el dispositivo también podría tener aplicaciones terapéuticas, como la entrega de fármacos en ubicaciones precisas mientras se aplica estimulación eléctrica o lumínica a áreas seleccionadas del cerebro.

El postdoctorado Kunyang Sui, quien desarrolló el concepto del mAxialtrode junto al profesor asociado Christos Markos, destacó que una de las principales ventajas de este dispositivo es que combina varias capacidades en un solo implante. Esto permitiría a los investigadores realizar experimentos más precisos, reduciendo la necesidad de múltiples dispositivos insertados en el cerebro.

"La mayoría de los implantes cerebrales actuales se basan en materiales duros como el silicio, que pueden irritar el cerebro y provocar reacciones inflamatorias en el tejido. El nuevo implante se diferencia en que está hecho de fibras ópticas suaves y plásticas, y tiene una punta especialmente angulada que lo hace más pequeño y reduce el daño al ser colocado en el cerebro", comentó Sui.

A pesar de los avances, Sui advirtió que la tecnología aún está lejos de su uso clínico rutinario, ya que se requerirían pruebas extensivas, un desarrollo adicional y aprobaciones regulatorias antes de que pueda ser utilizada para tratar pacientes.

Más allá de las fibras ópticas convencionales

Los investigadores cerebrales actualmente utilizan fibras ópticas de extremo plano en muchos experimentos. Estas delgadas fibras, hechas de vidrio o plástico, pueden llevar luz a regiones profundas del cerebro y se utilizan frecuentemente en optogenética, una técnica que activa células nerviosas específicas mediante luz. Sin embargo, las fibras convencionales tienen una limitación importante: interactúan con el tejido cerebral solo en el extremo de la fibra, lo que significa que los científicos pueden estimular o monitorear solo un lugar a la vez.

El extremo más externo se llama la punta distal, o "nariz" de la fibra. La luz se emite y el contacto con el tejido cerebral ocurre solo en este punto, limitando así la capacidad de medir o estimular una capa cerebral a la vez, a pesar de que muchas funciones cerebrales dependen de la comunicación entre varias capas y estructuras más profundas.

Cómo funciona el nuevo implante cerebral

El mAxialtrode comienza como una varilla de polímero más grande. Los investigadores calientan el material y lo estiran en una fibra extremadamente delgada, similar a producir un hilo de azúcar muy fino, pero con una precisión mucho mayor. En el centro de la fibra se encuentra un núcleo conductor de luz, rodeado por ocho canales microscópicos que pueden transportar líquidos y sostener alambres metálicos extremadamente delgados que miden la actividad eléctrica en el cerebro.

La fibra terminada mide menos de medio milímetro de ancho y es altamente flexible, lo que le permite moverse junto al tejido cerebral en lugar de presionar rígidamente a través de él. Esta diferencia de rigidez podría ser importante, ya que los implantes más duros pueden desencadenar respuestas inflamatorias cuando permanecen en el cerebro durante períodos prolongados.

Probado en ratones vivos

Los investigadores probaron el sistema no solo en laboratorio, sino también "in vivo", es decir, en ratones vivos. El electrodo fue implantado en los cerebros de los animales y conectado a fuentes de luz, equipos de grabación y pequeñas bombas utilizadas para entregar fluidos. Los experimentos mostraron que el dispositivo podía estimular las células nerviosas utilizando luz azul y roja. Al mismo tiempo, los investigadores pudieron registrar la actividad eléctrica de regiones cerebrales superficiales y profundas, incluyendo la corteza cerebral y el hipocampo.

También se pudo inyectar diferentes sustancias a profundidades separadas, con puntos de entrega espaciados casi tres milímetros. Todas estas mediciones y formas de estimulación se realizaron utilizando una sola fibra ligera, que los ratones pudieron llevar sin señales evidentes de incomodidad.

Aplicaciones potenciales en epilepsia y neurociencia

Los experimentos in vivo y la validación neurofisiológica se realizaron en estrecha colaboración 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 incluyeron experiencia en el análisis de circuitos neuronales y modelos relevantes para la epilepsia. Actualmente, el equipo de investigación trabaja para patentar la tecnología detrás del electrodo cerebral y está explorando qué se requeriría para comenzar a probar el dispositivo en pacientes en un entorno clínico.

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