Científicos coreanos presentan interfaz neural 3D flexible: monitorización cerebral en tiempo real y administración controlada de fármacos

Aunque medir la actividad eléctrica de las neuronas es útil en muchas disciplinas, crear implantes de chips de interfaz neural cerebral duraderos con efectos adversos insignificantes ha resultado todo un desafío. Ahora, científicos coreanos han desarrollado una interfaz neural multifuncional flexible que no solo registra la actividad cerebral local en tiempo real, sino que también administra un flujo constante de fármacos a través de innovadores canales microfluídicos, reduciendo las reacciones tisulares al chip. Su diseño podría encontrar amplia aplicación en neurociencia y neuromedicina.

Poder medir la actividad eléctrica del cerebro nos ha ayudado a comprender mucho mejor sus procesos, funciones y enfermedades en las últimas décadas. Hasta ahora, gran parte de esta actividad se ha medido mediante electrodos colocados en el cuero cabelludo (electroencefalografía o EEG); sin embargo, poder adquirir señales directamente desde dentro del propio 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 gran obstáculo para este plan es que, lamentablemente, la implementación de interfaces neurales ha resultado notablemente desafiante.

Los materiales utilizados en los minúsculos electrodos que contactan con las neuronas, así como los de todos los conectores, deben ser flexibles pero lo suficientemente duraderos para resistir el entorno relativamente hostil del cuerpo. Los intentos previos de desarrollar interfaces cerebrales duraderas han resultado difíciles porque las respuestas biológicas naturales del cuerpo, como la inflamación, degradan el rendimiento eléctrico de los electrodos con el tiempo. Pero, ¿qué pasaría si tuviéramos una forma práctica de administrar localmente fármacos antiinflamatorios donde los electrodos contactan 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 una matriz de microagujas recoge múltiples señales neuronales en un área, mientras que finas líneas conductoras metálicas transportan 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 microfluídicos en un plano paralelo a las líneas conductoras. Estos canales están conectados a un pequeño depósito (que contiene los fármacos a administrar) y pueden transportar un flujo constante de líquido hacia las microagujas.

El equipo validó su enfoque mediante experimentos de interfaz cerebral en ratas vivas, seguidos de un análisis de la concentración del 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 interfaces cerebro-máquina, que permiten a personas paralizadas mover brazos o piernas robóticas usando sus pensamientos, y para tratar enfermedades neurológicas usando estimulación eléctrica y/o química durante años", afirma la Dra. Yoo Na Kang del Instituto de Maquinaria y Materiales de Corea.