Los neurocientíficos pronto serán arponeros modernos, capturando señales de células cerebrales individuales en lugar de ballenas con pequeñas lanzas hechas de nanotubos de carbono.

La nueva lanza de células cerebrales tiene un milímetro de largo, sólo unos pocos nanómetros de ancho y aprovecha las propiedades electromecánicas superiores de los nanotubos de carbono para capturar señales eléctricas de neuronas individuales.

"Hasta donde sabemos, esta es la primera vez que los científicos utilizan nanotubos de carbono para registrar señales de neuronas individuales, lo que llamamos grabaciones intracelulares, en cortes de cerebro o cerebros intactos de vertebrados, "dijo Bruce Donald, profesor de ciencias de la computación y bioquímica en la Universidad de Duke que ayudó a desarrollar la sonda.

Él y sus colaboradores describen las sondas de nanotubos de carbono el 19 de junio en MÁS UNO .

“Los resultados son una buena prueba del principio de que los nanotubos de carbono podrían usarse para estudiar señales de células nerviosas individuales, "dijo el neurobiólogo de Duke Richard Mooney, un coautor del estudio. "Si la tecnología continúa desarrollándose, podría ser muy útil para estudiar el cerebro ".

Los científicos quieren estudiar las señales de las neuronas individuales y sus interacciones con otras células cerebrales para comprender mejor la complejidad computacional del cerebro.

En la actualidad, utilizan dos tipos principales de electrodos, metal y vidrio, para registrar señales de las células cerebrales. Los electrodos metálicos registran picos de una población de células cerebrales y funcionan bien en animales vivos. Los electrodos de vidrio también miden picos, así como los cálculos que realizan las células individuales, pero son delicadas y se rompen con facilidad.

"Los nuevos nanotubos de carbono combinan las mejores características de los electrodos de metal y vidrio. Registran bien tanto dentro como fuera de las células cerebrales, y son bastante flexibles. Porque no se romperán los científicos podrían usarlos para registrar señales de células cerebrales individuales de animales vivos, "dijo el neurobiólogo de Duke Michael Platt, que no participó en el estudio.

En el pasado, otros científicos han experimentado con sondas de nanotubos de carbono. Pero los electrodos eran gruesos causando daño tisular, o eran cortos, limitando hasta qué punto pueden penetrar en el tejido cerebral. No pudieron sondear el interior de neuronas individuales.

Para cambiar esto Donald comenzó a trabajar en una sonda de nanotubos de carbono similar a un arpón con el neurobiólogo de Duke Richard Mooney hace cinco años. Los dos se conocieron durante su primer año en Yale en 1976, se mantuvieron en contacto durante toda la escuela de posgrado y comenzaron a reunirse para hablar sobre su investigación después de que ambos llegaron a Duke.

Mooney le contó a Donald sobre su trabajo en el que registra las señales cerebrales de los pinzones cebra y los ratones vivos. El trabajo fue desafiante, él dijo, porque las sondas y la maquinaria para realizar los estudios eran grandes y voluminosas en la pequeña cabeza de un ratón o un pájaro.

Con la experiencia de Donald en nanotecnología y robótica y la de Mooney en neurobiología, los dos pensaron que podrían trabajar juntos para encoger la maquinaria y mejorar las sondas con nanomateriales.

Para hacer la sonda, El estudiante graduado Inho Yoon y el físico de Duke Gleb Finkelstein usaron la punta de un alambre de tungsteno afilado electroquímicamente como base y lo extendieron con nanotubos de carbono de paredes múltiples autoenredables para crear una varilla de un milímetro de largo. Luego, los científicos afilaron los nanotubos en un pequeño arpón utilizando un haz de iones enfocado en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

Luego, Yoon llevó el nanoarpón al laboratorio de Mooney y lo clavó en rodajas de tejido cerebral de ratón y luego en los cerebros de ratones anestesiados. Los resultados muestran que la sonda transmite señales cerebrales y también, y a veces mejor que, electrodos de vidrio convencionales y es menos probable que se rompan en el tejido. La nueva sonda también penetra en neuronas individuales, registrando las señales de una sola célula en lugar de la población más cercana de ellas.

Según los resultados, el equipo ha solicitado una patente sobre el nanoarpón. Platt dijo que los científicos podrían usar las sondas en una variedad de aplicaciones, desde la ciencia básica hasta las interfaces cerebro-computadora humano y las prótesis cerebrales.

Donald dijo que la nueva sonda avanza en esas direcciones, pero las capas de aislamiento, Las capacidades de grabación eléctrica y la geometría del dispositivo aún necesitan mejoras.