Un nanomaterial diseñado por investigadores de Duke puede ayudar a regular los niveles de cloruro en las células nerviosas que contribuyen al dolor crónico. epilepsia, y lesión cerebral traumática.

Los resultados, publicado en línea el 10 de diciembre de 2012, en el diario Pequeña , se demostraron en células nerviosas individuales, así como en el cerebro de ratones y ratas, y puede tener aplicaciones futuras en dispositivos intracraneales o espinales para ayudar a tratar lesiones neurales.

Los nanotubos de carbono son un nanomaterial con características únicas, incluyendo resistencia mecánica y conductividad eléctrica. Estas características, junto con su pequeño tamaño, hacen que resulten atractivos tanto para los investigadores de la tecnología como de la medicina.

En un mundo de computadoras y teléfonos inteligentes que se encogen, Los nanotubos de carbono se han aprovechado como una solución para mejorar los microchips. Superan a los microchips de silicio en tamaño y rendimiento, satisfaciendo la demanda de dispositivos más rápidos. Para personas con lesiones nerviosas y ciertos trastornos neurológicos, Los dispositivos recubiertos con nanotubos de carbono o fabricados íntegramente con ellos podrían ofrecer una nueva vía para mejorar las opciones de tratamiento.

"Los nanotubos de carbono son muy prometedores para una variedad de aplicaciones, y solo estamos comenzando a ver su enorme potencial, "dijo el autor principal Wolfgang Liedtke, MARYLAND., Doctor, profesor asociado de medicina y neurobiología en Duke. "Sus excepcionales propiedades mecánicas y eléctricas los hacen ideales para desarrollar dispositivos que interactúan con los tejidos nerviosos. Sin embargo, los mecanismos precisos detrás de los nanotubos de carbono y su efecto sobre las neuronas siguen siendo esquivos ".

No todos los nanotubos de carbono son iguales. Jie Liu, Doctor, George Barth Geller, profesor de química en la Universidad de Duke y autor principal del estudio, desarrollado nanotubos de carbono específicos que son extraordinariamente puros. Denominados nanotubos de carbono de pocas paredes, tienen propiedades superiores a sus contrapartes disponibles comercialmente.

Los investigadores de Duke inicialmente se propusieron medir si los nanotubos de carbono tenían efectos tóxicos o adversos en los tejidos vivos. Estudiar neuronas cultivadas de roedores, que representa una "corteza cerebral en un plato, "encontraron lo contrario. Exponer las células a nanotubos de carbono pareció tener un efecto nutritivo en las neuronas, haciéndolos más grandes y más fuertes.

"Estudios anteriores han analizado el comportamiento de los nanotubos de carbono en las neuronas. Sin embargo, la impureza en los nanotubos afectó significativamente los resultados. Después de que desarrollamos nanotubos de carbono puros de pocas paredes en nuestro laboratorio, Descubrimos que los nanotubos en realidad aceleraron significativamente el crecimiento de las células neuronales, "dijo Liu.

Los circuitos neuronales pueden dañarse por niveles elevados de cloruro dentro de las neuronas. Varias enfermedades implican daños en los circuitos neurales, incluido el dolor crónico, epilepsia, y lesión cerebral traumática.

Los niveles bajos de cloruro dentro de las neuronas son mantenidos por una proteína transportadora de cloruro llamada KCC2, que funciona batiendo los iones de cloruro fuera de la célula. En neuronas maduras, no hay respaldo para esta función.

Las neuronas inmaduras cultivadas en el laboratorio de Liedtke tenían altos niveles de cloruro, pero a medida que maduraban las células, sus niveles de cloruro disminuyeron a medida que aumentaba KCC2. Cuando las neuronas se expusieron a nanotubos de carbono, las células maduraron mucho más rápido, y los niveles de cloruro bajaron más rápidamente. Los investigadores descubrieron que las células más jóvenes expuestas a nanotubos de carbono producían más proteína KCC2.

"Los nanotubos de carbono mejoraron la regulación del cloruro en las neuronas a niveles normales. Estos cambios son de enorme importancia para la célula, "Dijo Liedtke.

El aumento de la proteína KCC2 también se relacionó con un aumento del calcio en las neuronas. El aumento de los niveles de calcio activó una proteína que se encuentra en el cerebro llamada CaMKII que le indica a una neurona que produzca más KCC2.

Se observaron resultados similares en cerebros de ratones, como los nanotubos de carbono provocaron un aumento en la actividad del gen KCC2, lo que sugiere que los nanotubos de carbono de pocas paredes influyen en la regulación génica de KCC2.

Estos hallazgos pueden conducir al desarrollo de una nueva generación de dispositivos de ingeniería neuronal que utilizan nanotubos de carbono. Los dispositivos existentes que modulan la función de las células nerviosas utilizan sistemas eléctricos que se remontan a varias décadas.

"Esperamos que los nanotubos de carbono funcionen tan bien en los nervios lesionados como lo hicieron en nuestro estudio de neuronas en desarrollo". "Liedtke continuó." El uso de nanotubos de carbono está en su infancia, y estamos entusiasmados de ser parte de un campo en desarrollo con tanto potencial ".