Los investigadores de ingeniería de la Universidad de Texas en Austin han diseñado Sondas cerebrales de hilo nanoelectrónico (NET) que pueden lograr un registro neuronal a largo plazo más confiable que las sondas existentes y no provocan la formación de cicatrices cuando se implantan. Los investigadores describieron sus hallazgos en un artículo de investigación publicado el 15 de febrero en Avances de la ciencia .

Un equipo dirigido por Chong Xie, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Biomédica de la Escuela de Ingeniería Cockrell, y Lan Luan, un científico investigador en la Escuela Cockrell y la Facultad de Ciencias Naturales, han desarrollado nuevas sondas que tienen adaptaciones mecánicas cercanas a las del tejido cerebral y son más de 1, 000 veces más flexible que otras sondas neuronales. Esta ultraflexibilidad conduce a una capacidad mejorada para registrar y rastrear de manera confiable la actividad eléctrica de neuronas individuales durante largos períodos de tiempo. Existe un interés creciente en desarrollar un seguimiento a largo plazo de neuronas individuales para aplicaciones de interfaz neuronal, como extraer señales de control neuronal para amputados para controlar prótesis de alto rendimiento. También abre nuevas posibilidades para seguir la progresión de enfermedades neurovasculares y neurodegenerativas como el ictus, Enfermedades de Parkinson y Alzheimer.

Uno de los problemas de las sondas convencionales es su tamaño y rigidez mecánica; sus dimensiones más grandes y estructuras más rígidas a menudo causan daño alrededor del tejido que abarcan. Adicionalmente, si bien es posible que los electrodos convencionales registren la actividad cerebral durante meses, a menudo proporcionan grabaciones degradantes y poco fiables. También es un desafío para los electrodos convencionales rastrear electrofisiológicamente neuronas individuales durante más de unos pocos días.

A diferencia de, Los electrodos del equipo de UT Austin son lo suficientemente flexibles como para cumplir con los movimientos de tejido a microescala y aún así permanecen en su lugar. El tamaño de la sonda también reduce drásticamente el desplazamiento del tejido, para que la interfaz del cerebro sea más estable, y las lecturas son más fiables durante periodos de tiempo más prolongados. Según el conocimiento de los investigadores, la sonda UT Austin, que es tan pequeña como 10 micrones con un grosor inferior a 1 micrón, y tiene una sección transversal que es sólo una fracción de la de una neurona o capilar sanguíneo; es la más pequeña entre todas las sondas neuronales.

"Lo que hicimos en nuestra investigación fue demostrar que podemos suprimir la reacción del tejido mientras mantenemos un registro estable, ", Dijo Xie." En nuestro caso, porque los electrodos son muy, muy flexible, no vemos ningún signo de daño cerebral:las neuronas permanecieron vivas incluso en contacto con las sondas NET, las células gliales permanecieron inactivas y la vasculatura no se volvió permeable ".

En experimentos en modelos de ratón, los investigadores encontraron que la flexibilidad y el tamaño de la sonda impedían la agitación de las células gliales, que es la reacción biológica normal a un cuerpo extraño y conduce a cicatrices y pérdida neuronal.

"La parte más sorprendente de nuestro trabajo es que el tejido cerebral vivo, el sistema biológico, realmente no le importa tener un dispositivo artificial durante meses, "Dijo Luan.

Los investigadores también utilizaron técnicas avanzadas de imágenes en colaboración con el profesor de ingeniería biomédica Andrew Dunn y los neurocientíficos Raymond Chitwood y Jenni Siegel del Instituto de Neurociencia de UT Austin para confirmar que la interfaz neuronal habilitada para NET no se degradó en el modelo de ratón durante más de cuatro meses de experimentos. Los investigadores planean continuar probando sus sondas en modelos animales y esperan participar eventualmente en pruebas clínicas. La investigación recibió financiación del programa de subvenciones semilla de UT BRAIN, el Departamento de Defensa y los Institutos Nacionales de Salud.