Un sensor implantable tiene la velocidad y precisión para rastrear una sustancia química cerebral que se sabe que está elevada en ciertas enfermedades cerebrales y después de una lesión de la médula espinal. Crédito:Imagen de la Universidad de Purdue / Tran Nguyen
Sus probabilidades de sufrir una migraña desagradable aumentan después de una lesión en la médula espinal, gracias a un mensajero químico en el cerebro que alcanza niveles tóxicos, han sugerido estudios anteriores.
Para que el tratamiento mejore, los investigadores necesitan captar ese pico de una fracción de segundo en acción y seguir de cerca su camino de destrucción.
Los ingenieros de la Universidad de Purdue han construido una pequeña sensor flexible que es más rápido y más preciso que los intentos anteriores de rastrear este químico, llamado glutamato. El sensor un dispositivo implantable en la médula espinal, es principalmente una herramienta de investigación para probar en modelos animales, pero podría encontrar un uso clínico futuro como una forma de controlar si un medicamento para el neurotrauma o la enfermedad cerebral está funcionando.
El trabajo del grupo aparece en un próximo número de Biosensores y bioelectrónica .
"Cuando sienta que tiene fiebre, no importa cuando revise su temperatura, probablemente será la misma durante varias horas. Pero un pico de glutamato es tan rápido que si no lo captura en ese momento, pierde toda la oportunidad de obtener datos, "dijo Riyi Shi, profesor de neurociencia e ingeniería biomédica en el Departamento de Ciencias Médicas Básicas de Purdue, Facultad de Medicina Veterinaria y Facultad de Ingeniería Biomédica de Weldon.
Impacto, como por un accidente automovilístico o un tackle en el fútbol, puede lesionar la médula espinal, dañando también las estructuras nerviosas que transportan el glutamato, que envía señales para excitar el tejido nervioso para realizar funciones como aprender y memorizar.
Las estructuras nerviosas dañadas significan que una gran cantidad de glutamato se filtra hacia espacios fuera de las células, sobreexcitarlos y dañarlos. Enfermedades cerebrales incluyendo Alzheimer y Parkinson, también muestran niveles elevados de glutamato.
Los dispositivos hasta ahora no han sido lo suficientemente sensibles para detectar glutamato, lo suficientemente rápido para capturar su pico o lo suficientemente asequible para proyectos de investigación a largo plazo.
Los investigadores de Purdue están abordando estos problemas a través de sensores implantables que tienen impresos en 3D y micromecanizados con láser, procesos que ya se utilizan con regularidad en el laboratorio y la industria.
"Queríamos crear una forma muy rápida y de bajo costo de construir estos sensores para poder proporcionar fácilmente a los investigadores un medio para medir los niveles de glutamato in vivo". "dijo Hugh Lee, un profesor asistente de Purdue de ingeniería biomédica, que se enfoca en microtecnologías implantables.
La técnica permite a los investigadores cambiar rápidamente el tamaño, la forma y orientación de los sensores y luego probarlos en modelos animales sin tener que pasar por el proceso más costoso de microfabricación.
Medir los niveles in vivo ayudaría a los investigadores a estudiar cómo ocurren las lesiones de la médula espinal, así como también cómo se desarrollan las enfermedades cerebrales.
La nueva tecnología de sensores implantada en modelos animales puede ayudar a los investigadores a comprender el papel que juega el glutamato químico cerebral en el neurotrauma. asesorando un tratamiento más especializado. Crédito:Imagen de la Universidad de Purdue / Tran Nguyen
"¿Qué tan grande es el problema de una migraña? ¿Hay demasiado glutamato realmente detrás del dolor? ¿O es que el sistema que limpia el glutamato no funciona? ", dijo Shi.
Los investigadores implantaron el dispositivo en la médula espinal de un modelo animal y luego lesionaron la médula para observar un pico. El dispositivo capturó el pico de inmediato, mientras que para los dispositivos actuales, los investigadores han tenido que esperar 30 minutos para obtener datos después de dañar la médula espinal.
En el futuro, los investigadores planean crear una forma para que los biosensores se auto-limpien de las células inflamatorias que el cuerpo recluta para protegerse. Estas células suelen formar una cápsula fibrosa alrededor del biosensor, que bloquea su sensibilidad.
La tecnología también podría permitir la implantación de más sensores a lo largo de la médula espinal, lo que ayudaría a los investigadores a saber qué tan lejos se propaga el glutamato y con qué rapidez.
Los investigadores han presentado una solicitud de patente para este dispositivo en la Oficina de Comercialización de Tecnología de la Fundación de Investigación Purdue. El trabajo fue apoyado por el programa Global Research Outreach del Samsung Advanced Institute of Technology, los Institutos Nacionales de Salud, y patrocinado en parte por la National Science Foundation bajo la subvención CNS-1726865.
