Fotografía que muestra la inyección de componentes electrónicos de malla a través de una aguja de metal en una solución acuosa. Aunque la electrónica parece ser una película con esta (baja) resolución, es una estructura de malla abierta. Crédito:Lieber Research Group, Universidad Harvard
Es una noción que podría extraerse de las páginas de una novela de ciencia ficción:dispositivos electrónicos que se pueden inyectar directamente en el cerebro, u otras partes del cuerpo, y tratar todo, desde trastornos neurodegenerativos hasta parálisis.
Suena improbable hasta que visite el laboratorio de Charles Lieber.
Un equipo de investigadores internacionales, dirigido por Lieber, el Mark Hyman, Profesor Jr. de Química, un equipo internacional de investigadores desarrolló un método para fabricar andamios electrónicos a nanoescala que se pueden inyectar con una jeringa. Una vez conectado a los dispositivos electrónicos, los andamios se pueden usar para monitorear la actividad neuronal, Estimulan los tejidos e incluso promueven la regeneración de neuronas. El estudio se describe en un artículo del 8 de junio en Nanotecnología de la naturaleza .
Contribuyendo al trabajo estaban Jia Liu, Tian-Ming Fu, Zengguang Cheng, Guosong Hong, Tao Zhou, Lihua Jin, Madhavi Duvvuri, Zhe Jiang, Peter Kruskal, Chong Xie, Zhigang Suo, Ying Fang
"Siento que esto tiene el potencial de ser revolucionario, ", Dijo Lieber." Esto abre una frontera completamente nueva donde podemos explorar la interfaz entre las estructuras electrónicas y la biología. Durante los últimos treinta años, la gente ha realizado mejoras incrementales en las técnicas de microfabricación que nos han permitido hacer sondas rígidas cada vez más pequeñas, pero nadie ha abordado este problema, la interfaz electrónica / celular, al nivel en el que funciona la biología ".
La idea de fusionar lo biológico con lo electrónico no es nueva para Lieber.
En un estudio anterior, Los científicos del laboratorio de Lieber demostraron que los andamios podrían usarse para crear tejido "cyborg", cuando se cultivaron células cardíacas o nerviosas con andamios incrustados. Luego, los investigadores pudieron usar los dispositivos para registrar señales eléctricas generadas por los tejidos, y medir los cambios en esas señales cuando administraron fármacos cardioestimulantes o neuroestimulantes.
Imagen de campo brillante que muestra los componentes electrónicos de la malla inyectados a través de una aguja de vidrio de diámetro interior de menos de 100 micrómetros en una solución acuosa. Crédito:Lieber Research Group, Universidad Harvard
"Pudimos demostrar que podíamos hacer este andamio y cultivar células dentro de él, pero realmente no teníamos idea de cómo insertarlo en tejido preexistente, "Dijo Lieber." Pero si quieres estudiar el cerebro o desarrollar las herramientas para explorar la interfaz cerebro-máquina, necesitas meter algo en el cuerpo. Al liberar el andamio electrónico completamente del sustrato de fabricación, notamos que era casi invisible y muy flexible como un polímero y que literalmente podía ser succionado por una aguja o pipeta de vidrio. Desde allí, simplemente preguntamos, ¿Sería posible administrar los componentes electrónicos de la malla mediante inyección con aguja de jeringa? un proceso común a la entrega de muchas especies en biología y medicina:puedes ir al médico, inyectarte esto y estás conectado '".
Aunque no son los primeros intentos de implantar dispositivos electrónicos en el cerebro (la estimulación cerebral profunda se ha utilizado para tratar una variedad de trastornos durante décadas), los andamios nanofabricados operan a una escala completamente diferente.
"Las técnicas existentes son rudimentarias en relación con la forma en que está conectado el cerebro, "Lieber explicó." Ya sea una sonda de silicio o polímeros flexibles ... causan inflamación en el tejido que requiere cambiar periódicamente la posición o la estimulación. Pero con nuestra electrónica inyectable, es como si no estuviera allí en absoluto. They are one million times more flexible than any state-of-the-art flexible electronics and have subcellular feature sizes. They're what I call "neuro-philic" - they actually like to interact with neurons.."
Despite their enormous potential, the fabrication of the injectable scaffolds is surprisingly easy.
"That's the beauty of this - it's compatible with conventional manufacturing techniques, " Lieber said.
The process is similar to that used to etch microchips, and begins with a dissolvable layer deposited on a substrate. To create the scaffold, researchers lay out a mesh of nanowires sandwiched in layers of organic polymer. The first layer is then dissolved, leaving the flexible mesh, which can be drawn into a syringe needle and administered like any other injection.
Three-dimensional confocal microscopy image of mesh electronics injected into the lateral ventricle, and illustrating the unique integration with and innervation of the neural tissue, as well as the migration of neural progenitor cells on to the mesh within the cavity. Credit:Lieber Research Group, Harvard University
After injection, the input/output of the mesh can be connected to standard measurement electronics so that the integrated devices can be addressed and used to stimulate or record neural activity.
"These type of things have never been done before, from both a fundamental neuroscience and medical perspective, " Lieber said. "It's really exciting - there are a lot of potential applications."
Avanzando, Lieber said, researchers hope to better understand how the brain and other tissues react to the injectable electronics over longer periods.
Harvard's Office of Technology Development has filed for a provisional patent on the technology and is actively seeking commercialization opportunities.
"Having those results can prove that this is really a viable technology, " Lieber said. "The idea of being able to precisely position and record from very specific areas, or even from specific neurons over an extended period of time - this could, I think, make a huge impact on neuroscience."
