El tema de investigación de Tomi Laurila tiene muchos nombres extravagantes.

"Nanodiamante, nanohorn nano-cebolla ..., "enumera el profesor de la Universidad de Aalto, contando las numerosas nano-formas del carbono. Laurila está usando estas formas para construir nuevos materiales:pequeños sensores, solo unos pocos cientos de nanómetros de ancho, que pueden lograr grandes cosas por sus especiales características.

Para uno, los sensores se pueden utilizar para mejorar el tratamiento de afecciones neurológicas. Por eso Laurila, El profesor Tomi Taira de la Universidad de Helsinki y los expertos de HUS (el distrito hospitalario de Helsinki y Uusimaa) están buscando formas de utilizar los sensores para tomar medidas electroquímicas de biomoléculas. Las biomoléculas son, p. Ej. neurotransmisores como el glutamato, dopamina y opioides, que son utilizados por las células nerviosas para comunicarse entre sí.

"La mayoría de los medicamentos destinados al tratamiento de enfermedades neurológicas cambian la comunicación entre las células nerviosas que se basa en neurotransmisores. Si tuviéramos información en tiempo real e individual sobre el funcionamiento del sistema de neurotransmisores, haría mucho más fácil, por ejemplo, planificar tratamientos precisos, "explica Taira.

Debido a su pequeño tamaño, Los sensores de carbono se pueden tomar directamente al lado de una célula nerviosa, donde los sensores informarán qué tipo de neurotransmisor está emitiendo la célula y qué tipo de reacción está induciendo en otras células.

"En la práctica, estamos midiendo los electrones que se mueven en reacciones de oxidación y reducción, "Laurila explica el principio de funcionamiento de los sensores.

"La ventaja de los sensores desarrollados por Tomi y los demás es su velocidad y su pequeño tamaño. Las sondas utilizadas en los métodos de medición actuales se pueden comparar con registros a escala celular; es imposible utilizarlos y hacerse una idea de la dinámica del cerebro. "resume Taira.

Sistema de retroalimentación y trazas de memoria.

Para los sensores, el viaje desde las pruebas in vitro realizadas en placas de vidrio y tubos de ensayo hasta las pruebas in vivo y el uso clínico es largo. Sin embargo, los investigadores están muy motivados.

"Aproximadamente 165 millones de personas padecen diversas enfermedades neurológicas solo en Europa. Y debido a que su tratamiento es tan caro, las enfermedades neurológicas representan hasta el 80 por ciento de los costos de atención médica, "le dice Taira.

Tomi Laurila cree que los sensores de carbono tendrán aplicaciones en campos como la optogenética. La optogenética es un método desarrollado recientemente en el que una molécula sensible a la luz se introduce en una célula nerviosa para que la operación eléctrica de la célula pueda encenderse o apagarse estimulándola con luz. Hace unos pocos años, un grupo de científicos probado en la revista científica Naturaleza que habían logrado utilizar la optogenética para activar un rastro de memoria que se había creado previamente debido al aprendizaje. Usando la misma técnica, los investigadores pudieron demostrar que con cierto tipo de Alzheimer, el problema no es que no se estén creando rastros de memoria, pero que el cerebro no puede leer los rastros.

"Entonces las huellas existen, y se pueden activar impulsándolos con estímulos de luz, "explica Taira pero subraya que una aplicación clínica aún no es una realidad. Sin embargo, las aplicaciones clínicas para otras condiciones pueden estar más cerca. Un ejemplo es la enfermedad de Parkinson. En la enfermedad de Parkinson, la cantidad de dopamina comienza a disminuir en las células de una sección particular del cerebro, que causa los síntomas típicos como temblores, rigidez y lentitud de movimiento. Con los sensores, el nivel de dopamina podría monitorearse en tiempo real.

"Se le podría conectar una especie de sistema de retroalimentación, para que reaccionara dando un estímulo eléctrico u óptico a las células, que a su vez liberaría más dopamina, "imagina Taira.

"Otra aplicación que tendría un uso clínico inmediato es la monitorización de pacientes inconscientes y comatosos. Con estos pacientes, el nivel de glutamato fluctúa mucho, y demasiado glutamato daña las células nerviosas, por lo que la monitorización en línea mejoraría significativamente su tratamiento.

Átomo por átomo

Definitivamente, la fabricación de sensores de carbono no es un proceso de producción en masa; es un trabajo lento y meticuloso.

"En este punto, los sensores prácticamente se están construyendo átomo por átomo, ", resume Tomi Laurila.

"Afortunadamente, contamos con muchos expertos en materiales de carbono propios. Por ejemplo, los nanobuds del profesor Esko Kauppinen y las películas de carbono del profesor Jari Koskinen ayudan en la fabricación de los sensores. Los materiales a base de carbono son principalmente muy compatibles con el cuerpo humano, pero aún hay poca información sobre ellos. That's why a big part of the work is to go through the electrochemical characterisation that has been done on different forms of carbon."

The sensors are being developed and tested by experts from various fields, such as chemistry, ciencia de los Materiales, modelling, medicine and imaging. Twenty or so articles have been published on the basic properties of the materials. Ahora, the challenge is to build them into geometries that are functional in a physiological environment. And taking measurements is not simple, cualquiera.

"Brain tissue is delicate and doesn't appreciate having objects being inserted in it. But if this were easy, someone would've already done it, " conclude the two.