Registrar la actividad de grandes poblaciones de neuronas individuales en el cerebro durante largos períodos de tiempo es crucial para mejorar nuestra comprensión de los circuitos neuronales, permitir nuevas terapias basadas en dispositivos médicos y, en el futuro, interfaces cerebro-computadora que requieran alta resolución. información electrofisiológica.
Pero hoy en día existe un equilibrio entre cuánta información de alta resolución puede medir un dispositivo implantado y cuánto tiempo puede mantener las funciones de grabación o estimulación. Los implantes rígidos de silicona con muchos sensores pueden recopilar mucha información pero no pueden permanecer en el cuerpo por mucho tiempo. Los dispositivos flexibles y más pequeños son menos intrusivos y pueden durar más en el cerebro, pero solo proporcionan una fracción de la información neuronal disponible.
Recientemente, un equipo interdisciplinario de investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard, en colaboración con la Universidad de Texas en Austin, el MIT y Axoft, Inc., desarrolló un dispositivo implantable blando con docenas de sensores. que puede registrar la actividad de una sola neurona en el cerebro de manera estable durante meses.
La investigación fue publicada en Nature Nanotechnology.
"Hemos desarrollado interfaces cerebro-electrónica con resolución unicelular que son más compatibles biológicamente que los materiales tradicionales", dijo Paul Le Floch, primer autor del artículo y ex estudiante de posgrado en el laboratorio de Jia Liu, profesor asistente de bioingeniería en SEAS. . "Este trabajo tiene el potencial de revolucionar el diseño de la bioelectrónica para el registro y la estimulación neuronal y para las interfaces cerebro-computadora".
Le Floch es actualmente el director ejecutivo de Axoft, Inc, una empresa fundada en 2021 por Le Floch, Liu y Tianyang Ye, ex estudiante de posgrado y becario postdoctoral en Park Group de Harvard. La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard ha protegido la propiedad intelectual asociada con esta investigación y ha otorgado licencia de la tecnología a Axoft para su posterior desarrollo.
Para superar el equilibrio entre la velocidad de datos de alta resolución y la longevidad, los investigadores recurrieron a un grupo de materiales conocidos como elastómeros fluorados. Los materiales fluorados, como el teflón, son resistentes, estables en biofluidos, tienen un rendimiento dieléctrico excelente a largo plazo y son compatibles con técnicas de microfabricación estándar.
Los investigadores integraron estos elastómeros dieléctricos fluorados con pilas de microelectrodos blandos (64 sensores en total) para desarrollar una sonda duradera que es 10.000 veces más blanda que las sondas flexibles convencionales fabricadas con materiales plásticos de ingeniería, como poliimida o parileno C.
El equipo demostró el dispositivo in vivo , registrando información neuronal del cerebro y la médula espinal de ratones durante varios meses.
"Nuestra investigación destaca que, al diseñar cuidadosamente varios factores, es factible diseñar nuevos elastómeros para interfaces neuronales estables a largo plazo", dijo Liu, autor correspondiente del artículo. "Este estudio podría ampliar la gama de posibilidades de diseño de interfaces neuronales."
El equipo de investigación interdisciplinario también incluyó a los profesores de SEAS Katia Bertoldi, Boris Kozinsky y Zhigang Suo.
"El diseño de nuevas sondas e interfaces neuronales es un problema muy interdisciplinario que requiere experiencia en biología, ingeniería eléctrica, ciencia de materiales, ingeniería mecánica y química", afirmó Le Floch.
La investigación fue coautora de Siyuan Zhao, Ren Liu, Nicola Molinari, Eder Medina, Hao Shen, Zheliang Wang, Junsoo Kim, Hao Sheng, Sebastian Partarrieu, Wenbo Wang, Chanan Sessler, Guogao Zhang, Hyunsu Park, Xian Gong y Andrew. Spencer, Jongha Lee, Tianyang Ye, Xin Tang, Xiao Wang y Nanshu Lu.
Más información: Paul Le Floch et al, Sondas neuronales in vivo escalables espaciotemporalmente en 3D basadas en elastómeros fluorados, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01545-6
Información de la revista: Nanotecnología de la naturaleza
Proporcionado por la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard
