(Phys.org) —Las espumas de grafeno existen desde hace un par de años. Su aplicación generalizada en todo, desde la electrónica y el almacenamiento de energía hasta los sustitutos del helio en los globos, todavía es muy esperada. Investigadores de la Academia China de Ciencias en Suzhou, y Beijing, ahora han demostrado que las espumas de grafeno también se pueden utilizar para crear andamios conductores para células madre neurales. Su papel abierto publicado ayer en Nature's Informes científicos , sugiere nuevos enfoques para la ingeniería de tejidos neurales, y posiblemente para interactuar con prótesis neurales.

Se ha informado anteriormente que las láminas de grafeno apoyan el crecimiento y la diferenciación de las células madre neurales humanas (NSC) de manera similar a otros sustratos comunes como el vidrio o el polímero PDMS. Los investigadores chinos han realizado un trabajo pionero en la síntesis de espumas de grafeno con estándares exigentes de pureza y uniformidad. Cuando se recubre con laminina u otras proteínas de la matriz, estas espumas podrían potencialmente servir no solo como carcasa neuronal compatible, sino también como un medio para controlar eléctricamente a los inquilinos.

Para probar las características eléctricas de la espuma, los investigadores utilizaron voltamperometría cíclica, una técnica común que se utiliza a menudo en electroquímica básica. Sus resultados indicaron que las células podrían estimularse de forma segura mediante la inyección de carga capacitiva en el rango de ventana de potencial de -0,2 a + 0,8 V, similar de nuevo a los resultados de los estudios de películas de grafeno 2D. Además, señalaron que la arquitectura de espuma 3D proporciona una inyección de carga más eficiente y una capacidad de estimulación potencialmente más específica.

Es instructivo aquí notar que nuestra dolorosa historia colectiva con la fibra de asbesto nos ha demostrado que la geometría puede producir el veneno tanto como cualquier efecto químico. No es solo el aspecto de la fibra de amianto, pero su incómoda escala que hace que su presencia sea tan insidiosa dentro del pulmón. De manera similar, los investigadores no esperaban simplemente lanzar algunas neuronas a una estructura aleatoria y esperar que los peldaños de la escalera estuvieran espaciados idealmente. De hecho, las imágenes proporcionadas por los autores muestran a los NSC sembrados que se aferran a la estructura del grafeno como astronautas que caminan por el espacio y que se arrastran a lo largo de una estación espacial, pero de alguna manera no solo sobrevivieron, pero parecía prosperar.

Las espumas de grafeno se sintetizaron mediante deposición química de vapor utilizando una plantilla de espuma de Ni. La observación con microscopio electrónico de barrido mostró una estructura porosa, que se determinó en un promedio de 100-300um mientras que el ancho del esqueleto de grafeno era de alrededor de 100-200um. La química de la superficie de las espumas de grafeno se caracterizó mediante espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS). El criterio utilizado para medir la inercia de la superficie fue la presencia de un pico grande correspondiente a anillos no oxigenados y picos pequeños para los enlaces C-O.

Citotoxicidad evaluado usando tinción con Calceína-AM y EthD-I, mostró que el 90% de las células eran viables a los 5 días. La proliferación de NSC se midió a partir de la expresión de la proteína Ki-67, un marcador de proliferación celular que está ausente durante la interfase, y se expresó inicialmente en el 80% de las células. Después de 5 días, las células exhibieron una forma celular alargada con crecimiento de neuritas, y cubrió toda la superficie de espuma hasta la confluencia. Neuronas tuj-1-positivas, Oligodendrocitos positivos para O4, y los astrocitos positivos para GFAP se observaron todos en abundancia sana.

El escenario clínico a más largo plazo para este tipo de estudios aún se está desarrollando. En ausencia de vascularización, las neuronas solo pueden soportar tener tantos vecinos cerca, y seguir recibiendo una nutrición adecuada a través de la difusión. El concepto tradicional de utilizar matrices degradables que luego se implantarían en la corteza aún no se ha realizado. Las tentaciones químicas para integrarse con el campo neurítico local y la vasculatura recién están comenzando a explorarse para este tipo de estudios de explantes. Las matrices permanentes con superficies funcionalizadas que también serían direccionables eléctricamente serían una adición bienvenida a este conjunto de herramientas.

La verdadera materia gris cortical es una jungla donde la competencia incesante por cada nanómetro cúbico de espacio no es solo un juego de supervivencia, es el elemento vital de cada pensamiento y recuerdo. Si tuvieras que imaginar a los luchadores en un combate de jaula de acero, embalado hasta la empuñadura, no estarías muy lejos. Cada pico electromecánico, cada mini-potencial producido en una dendrita, es un aliento. Un poco más de poder al inhalar para ejercer sobre los competidores que se encuentran en un apretón de muerte mutuo, sólo para volver a apretarlo después de cada exhalación. La introducción exitosa de tejido novato y con desventajas metabólicas en este panorama estratégico requeriría ciertas consideraciones en su nombre. Estimulación extra, factor de crecimiento, o la oxigenación podría ser justo lo que se necesita para asegurar la evolución productiva de la nueva estructura.

Otro mensaje final del artículo sugiere que se debe haber proporcionado cierto nivel de paciencia editorial para los muchos errores gramaticales obvios y las debilidades fraseológicas descaradas que, comprensiblemente, introdujo la autoría china. Quizás sea un pequeño precio a pagar por nuestra mutua colaboración. Es alentador que las revistas occidentales den la bienvenida a la publicación continua de avances chinos en campos como el procesamiento de grafeno, junto con los esfuerzos de los autores para hacerlo comprensible para nosotros.

© 2013 Phys.org