Directamente al cerebro:una interfaz neuronal 3D multifuncional y flexible

Aunque medir la actividad eléctrica de las neuronas es útil en muchas disciplinas, la fabricación de implantes duraderos de chips cerebrales con interfaces neuronales con efectos adversos insignificantes ha demostrado ser un desafío. Ahora, los científicos coreanos han desarrollado una interfaz neuronal multifuncional flexible que no solo puede registrar la actividad cerebral local en tiempo real, sino también administrar un flujo constante de medicamentos a través de innovadores canales de microfluidos, lo que reduce las reacciones de los tejidos al chip. Su diseño podría encontrar una amplia aplicación en neurociencia y neuromedicina.

Poder medir la actividad eléctrica del cerebro nos ha ayudado a obtener una mejor comprensión de los procesos, funciones y enfermedades del cerebro en las últimas décadas. Hasta ahora, gran parte de esta actividad se ha medido a través de electrodos colocados en el cuero cabelludo (a través de electroencefalografía (EEG)); sin embargo, ser capaz de adquirir señales directamente desde el interior del cerebro (a través de dispositivos de interfaz neural) durante las actividades de la vida diaria podría llevar la neurociencia y la neuromedicina a niveles completamente nuevos. Un revés importante para este plan es que, lamentablemente, la implementación de interfaces neuronales ha demostrado ser un gran desafío.

Los materiales utilizados en los minúsculos electrodos que hacen contacto con las neuronas, así como los de todos los conectores, deben ser lo suficientemente flexibles como para resistir el entorno relativamente duro del cuerpo. Los intentos anteriores de desarrollar interfaces cerebrales de larga duración han demostrado ser un desafío porque las respuestas biológicas naturales del cuerpo, como la inflamación, degradan el rendimiento eléctrico de los electrodos con el tiempo. Pero, ¿y si tuviéramos alguna forma práctica de administrar localmente medicamentos antiinflamatorios donde los electrodos hacen contacto con el cerebro?

El equipo de investigadores ha desarrollado una nueva interfaz cerebral multifuncional que puede registrar simultáneamente la actividad neuronal y administrar fármacos líquidos en el sitio de implantación. A diferencia de los dispositivos rígidos existentes, su diseño tiene una estructura 3D flexible en la que se utiliza una serie de microagujas para recopilar múltiples señales neuronales en un área, mientras que las delgadas líneas conductoras metálicas llevan estas señales a un circuito externo. Uno de los aspectos más notables de este estudio es que, al apilar y micromecanizar estratégicamente múltiples capas de polímero, los científicos lograron incorporar canales de microfluidos en un plano paralelo a las líneas conductoras. Estos canales están conectados a un pequeño depósito (que contiene los medicamentos que se van a administrar) y pueden transportar un flujo constante de líquido hacia las microagujas.

El equipo validó su enfoque a través de experimentos de interfaz cerebral en ratas vivas, seguidos de un análisis de la concentración de fármaco en el tejido alrededor de las agujas.

El desarrollo de interfaces cerebrales multifuncionales duraderas tiene implicaciones en múltiples disciplinas. “Nuestro dispositivo puede ser adecuado para las interfaces cerebro-máquina, que permiten a las personas paralizadas mover brazos o piernas robóticos usando sus pensamientos, y para tratar enfermedades neurológicas usando estimulación eléctrica y/o química a lo largo de los años”, dijo el Dr. Yoo Na Kang del Instituto Coreano de Maquinaria y Materiales.