Los investigadores han demostrado con éxito cómo es posible interconectar el grafeno, una forma bidimensional de carbono, con neuronas, o células nerviosas, mientras se mantiene la integridad de estas células vitales. El trabajo se puede utilizar para construir electrodos a base de grafeno que se pueden implantar de forma segura en el cerebro. ofreciendo promesas para la restauración de las funciones sensoriales para pacientes amputados o paralizados, o para personas con trastornos motores como la epilepsia o la enfermedad de Parkinson.
La investigación, publicado en la revista ACS Nano , fue una colaboración interdisciplinaria coordinada por la Universidad de Trieste en Italia y el Cambridge Graphene Centre.
Previamente, otros grupos habían demostrado que es posible utilizar grafeno tratado para interactuar con las neuronas. Sin embargo, la relación señal / ruido de esta interfaz fue muy baja. Al desarrollar métodos de trabajo con grafeno no tratado, los investigadores conservaron la conductividad eléctrica del material, lo que lo convierte en un electrodo significativamente mejor.
"Por primera vez conectamos el grafeno con las neuronas directamente, ", dijo la profesora Laura Ballerini de la Universidad de Trieste en Italia." Luego probamos la capacidad de las neuronas para generar señales eléctricas conocidas por representar actividades cerebrales, y descubrió que las neuronas conservaban inalteradas sus propiedades de señalización neuronal. Este es el primer estudio funcional de la actividad sináptica neuronal utilizando materiales sin recubrimiento a base de grafeno ".
Nuestra comprensión del cerebro ha aumentado hasta tal punto que, al interactuar directamente entre el cerebro y el mundo exterior, ahora podemos aprovechar y controlar algunas de sus funciones. Por ejemplo, midiendo los impulsos eléctricos del cerebro, se pueden recuperar las funciones sensoriales. Esto se puede usar para controlar brazos robóticos para pacientes amputados o cualquier número de procesos básicos para pacientes paralizados, desde el habla hasta el movimiento de objetos en el mundo que los rodea. Alternativamente, interfiriendo con estos impulsos eléctricos, Los trastornos motores (como la epilepsia o el Parkinson) pueden empezar a controlarse.
Los científicos lo han hecho posible mediante el desarrollo de electrodos que se pueden colocar en las profundidades del cerebro. Estos electrodos se conectan directamente a las neuronas y transmiten sus señales eléctricas fuera del cuerpo, permitiendo decodificar su significado.
Sin embargo, La interfaz entre las neuronas y los electrodos a menudo ha sido problemática:no solo los electrodos deben ser muy sensibles a los impulsos eléctricos, pero necesitan estar estables en el cuerpo sin alterar el tejido que miden.
Con demasiada frecuencia, los electrodos modernos utilizados para esta interfaz (basados en tungsteno o silicio) sufren una pérdida parcial o total de señal con el tiempo. Esto a menudo es causado por la formación de tejido cicatricial a partir de la inserción del electrodo, lo que evita que el electrodo se mueva con los movimientos naturales del cerebro debido a su naturaleza rígida.
Se ha demostrado que el grafeno es un material prometedor para resolver estos problemas, por su excelente conductividad, flexibilidad, biocompatibilidad y estabilidad dentro del cuerpo.
Basado en experimentos llevados a cabo en cultivos de células de cerebro de rata, los investigadores encontraron que los electrodos de grafeno sin tratar interactuaban bien con las neuronas. Al estudiar las neuronas con microscopía electrónica e inmunofluorescencia, los investigadores encontraron que permanecían sanas, transmitir impulsos eléctricos normales y, en tono rimbombante, no se observó ninguna de las reacciones adversas que conducen al tejido cicatricial dañino.
Según los investigadores, este es el primer paso hacia el uso de materiales prístinos basados en grafeno como electrodo para una interfaz neuronal. En el futuro, Los investigadores investigarán cómo las diferentes formas de grafeno, de múltiples capas a monocapas, son capaces de afectar a las neuronas, y si el ajuste de las propiedades materiales del grafeno podría alterar las sinapsis y la excitabilidad neuronal de formas nuevas y únicas. "Con suerte, esto allanará el camino para mejores implantes cerebrales profundos para aprovechar y controlar el cerebro, con mayor sensibilidad y menos efectos secundarios no deseados, "dijo Ballerini.
"Actualmente estamos involucrados en la investigación de primera línea en tecnología del grafeno hacia aplicaciones biomédicas, ", dijo el profesor Maurizio Prato de la Universidad de Trieste." En este escenario, El desarrollo y la traducción en neurología de biodispositivos de alto rendimiento basados en grafeno requiere la exploración de las interacciones entre nano y micro láminas de grafeno con la sofisticada maquinaria de señalización de las células nerviosas. Nuestro trabajo es solo un primer paso en esa dirección ".
"Estos resultados iniciales muestran cómo apenas estamos rascando la punta de un iceberg cuando se trata del potencial del grafeno y materiales relacionados en las bioaplicaciones y la medicina". "dijo el profesor Andrea Ferrari, Director del Cambridge Graphene Centre. "La experiencia desarrollada en el Cambridge Graphene Center nos permite producir grandes cantidades de material prístino en solución, y este estudio prueba la compatibilidad de nuestro proceso con neuro-interfaces ".
