Electrode

Un nuevo tipo de implante cerebral podría tener importantes implicaciones tanto para la investigación cerebral como para futuros tratamientos de enfermedades neurológicas como la epilepsia.

Investigadores de la DTU (Technical University of Denmark), la Universidad de Copenhague, University College London y otras instituciones han desarrollado un electrodo cerebral largo y delgado, con canales – denominado microAxialtrode (mAxialtrode) – debido a su capacidad para distribuir interfaces funcionales a lo largo del implante, permitiendo tanto la grabación de señales neuronales como la administración precisa de medicamentos en diferentes regiones del cerebro.

Los resultados de la investigación han sido publicados en la prestigiosa revista Advanced Science.

La tecnología se ha desarrollado principalmente para la investigación básica del cerebro. Podría ayudar a los investigadores a comprender mejor cómo se mueven las señales a través de las capas cerebrales, por ejemplo, en casos de epilepsia, memoria o toma de decisiones. A largo plazo, los investigadores señalan que el mAxialtrode podría ser importante para el tratamiento, por ejemplo, en la administración dirigida de fármacos combinada con la estimulación eléctrica o lumínica de áreas específicas del cerebro.

El investigador postdoctoral Kunyang Sui, quien lideró el desarrollo del concepto mAxialtrode junto con el profesor asociado Christos Markos, enfatiza que ha sido posible combinar varias funciones en un solo implante, lo que hace que la investigación cerebral sea menos invasiva y más precisa.

La mayoría de los implantes cerebrales actuales se basan en materiales duros como el silicio, que pueden irritar el cerebro y desencadenar reacciones inflamatorias en el tejido. El nuevo implante difiere en que está hecho de fibras ópticas suaves, similares al plástico, y tiene una punta especialmente angulada que lo hace más pequeño y reduce el daño causado cuando se coloca en el cerebro.

Investigador postdoctoral Kunyang Sui

Sui enfatiza que aún se necesitan pruebas exhaustivas, un mayor desarrollo y aprobaciones antes de que la tecnología pueda utilizarse en la práctica clínica.

Actualmente, los investigadores cerebrales suelen utilizar fibras ópticas convencionales de extremo plano. Estas son fibras delgadas de vidrio o plástico que pueden conducir la luz profundamente en el cerebro, por ejemplo, para la llamada optogenética, donde las células nerviosas se activan con luz. La desventaja es que este tipo de fibra solo afecta al cerebro en un lugar: en la punta.

El extremo más alejado se llama punta distal, o en otras palabras, la «nariz» de la fibra. Toda la emisión de luz y todo el contacto con el tejido cerebral se produce aquí. Esto significa que los investigadores solo pueden estimular o medir la actividad en una capa del cerebro a la vez, aunque muchas funciones cerebrales importantes implican la interacción entre varias capas y áreas más profundas.

Cómo se construye la tecnología

El mAxialtrode, delgado como una aguja, se fabrica mediante un proceso en el que una varilla de polímero grande se calienta y se estira en una fibra muy fina; el proceso puede compararse con la elaboración de hilo de azúcar, solo que con mucha más precisión. En el medio, hay un núcleo que conduce la luz. Alrededor de este núcleo, hay ocho canales microscópicos que pueden transportar fluidos y también acomodar cables metálicos muy delgados para mediciones eléctricas.

La fibra tiene menos de medio milímetro de grosor y es tan flexible que se mueve con el cerebro en lugar de cortarlo. La diferencia de rigidez es importante porque los implantes duros a menudo desencadenan reacciones inflamatorias en el cerebro con el tiempo.

Tecnología probada

Los investigadores no solo han probado la tecnología en el laboratorio, sino también «in vivo», es decir, en ratones. Aquí, el electrodo cerebral se implantó en el cerebro y se conectó a fuentes de luz, equipos de medición y pequeñas bombas para el suministro de fluidos.

Los experimentos demostraron que los investigadores podían estimular las células nerviosas con luz azul y roja, medir la actividad eléctrica simultáneamente tanto de las capas superficiales como profundas del cerebro, como la corteza cerebral y el hipocampo, e inyectar diferentes sustancias a diferentes profundidades, hasta casi tres milímetros de distancia. Todos los exámenes y estimulaciones se pudieron realizar con una sola fibra ligera que los animales podían transportar sin signos evidentes de incomodidad.

Los experimentos in vivo y la validación neurofisiológica se llevaron a cabo 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, quienes aportaron experiencia en el análisis de circuitos neuronales y modelos relevantes para la epilepsia.

Los investigadores detrás del electrodo cerebral están en proceso de patentar la tecnología subyacente y aclarando las posibilidades de probar el electrodo en pacientes en un departamento clínico.