Uno de los mayores desafíos en las neurociencias cognitivas o de rehabilitación es la capacidad de diseñar un sistema híbrido funcional que pueda conectar e intercambiar información entre sistemas biológicos. como neuronas en el cerebro, y dispositivos electrónicos hechos por humanos. Un gran esfuerzo multidisciplinario de investigadores en Italia reunió a físicos, farmacia, bioquímicos, ingenieros biólogos moleculares y fisiólogos para analizar la biocompatibilidad del sustrato utilizado para conectar estos componentes biológicos y artificiales, e investigar la funcionalidad de las células adheridas, creando un sistema biohíbrido vivo.

En un artículo que aparece esta semana en Anticipos de AIP , el equipo de investigación utilizó la interacción entre la luz y la materia para investigar las propiedades del material a nivel molecular utilizando espectroscopía Raman, una técnica que, hasta ahora, se ha aplicado principalmente a la ciencia de los materiales. Gracias al acoplamiento del espectrómetro Raman con un microscopio, la espectroscopia se convierte en una herramienta útil para investigar microobjetos como células y tejidos. La espectroscopia Raman presenta claras ventajas para este tipo de investigación:la composición molecular y la modificación de compartimentos subcelulares se puede obtener en condiciones libres de marcaje con métodos no invasivos y en condiciones fisiológicas, permitiendo la investigación de una gran variedad de procesos biológicos tanto in vitro como in vivo.

Una vez que se analizó la biocompatibilidad del sustrato y se investigó la funcionalidad de las células adherentes, la siguiente parte de este rompecabezas se conecta con el componente electrónico. En este caso se utilizó un memristor.

"Su nombre revela su peculiaridad (MEMory RESISTOR), tiene una especie de "memoria":dependiendo de la cantidad de voltaje que se le haya aplicado en el pasado, es capaz de variar su resistencia, debido a un cambio de sus propiedades físicas microscópicas, "dijo Silvia Caponi, físico del Consejo Nacional de Investigaciones de Italia en Roma. Combinando memristores, es posible crear vías dentro de los circuitos eléctricos que funcionan de manera similar a las sinapsis naturales, que desarrollan un peso variable en sus conexiones para reproducir el mecanismo de adaptación / aprendizaje. Capas de polímeros orgánicos, como polianilina (PANI) un polímero semiconductor, también tienen propiedades memristivas, permitiéndoles trabajar directamente con materiales biológicos en un sistema bioelectrónico híbrido.

"Aplicamos el análisis en un dispositivo híbrido bioinspirado pero en una vista prospectiva, este trabajo proporciona la prueba de concepto de un estudio integrado capaz de analizar el estado de las células vivas en una gran variedad de aplicaciones que fusiona nanociencias, neurociencias y bioelectrónica, ", dijo Caponi. Un objetivo natural a largo plazo de este trabajo sería conectar las máquinas y los sistemas nerviosos de la manera más fluida posible.

El equipo multidisciplinario está listo para construir sobre esta prueba de principio para realizar el potencial de las redes de memristor.

"Una vez asegurada la biocompatibilidad de los materiales sobre los que crecen las neuronas, "dijo Caponi, "Queremos definir los materiales y sus procedimientos de funcionalización para encontrar la mejor configuración para la interfaz neurona-memristor para ofrecer un sistema biomemristivo híbrido que funcione en su totalidad".