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Un equipo de científicos coreanos y estadounidenses ha inventado un dispositivo que puede controlar los circuitos neuronales usando un pequeño implante cerebral manejado desde un smartphone. El dispositivo podría acelerar los esfuerzos para entender enfermedades cerebrales como el Parkinson, el Alzheimer, la adicción, la depresión y el dolor (Qazi et al., 2019).

Esta tecnología supera significativamente los métodos convencionales utilizados por los neurocientíficos, que generalmente involucran tubos metálicos rígidos y fibras ópticas para administrar drogas y luz, explicó el autor principal del estudio Raza Qazi, investigador del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) y la Universidad de Colorado Boulder.

Además de limitar el movimiento del sujeto debido a las conexiones físicas con equipos voluminosos, su estructura relativamente rígida causa lesiones en el tejido cerebral blando con el tiempo, por lo que no son adecuados para la implantación a largo plazo. Aunque se han realizado algunos esfuerzos para mitigar en parte la respuesta adversa de los tejidos mediante la incorporación de sondas blandas y plataformas inalámbricas, las soluciones anteriores estaban limitadas por su incapacidad para administrar medicamentos durante largos períodos de tiempo, así como por sus configuraciones de control voluminosas y complejas.

Los investigadores del grupo Jeong en KAIST desarrollan electrónica suave para dispositivos portátiles e implantables, y los neurocientíficos del laboratorio Bruchas de la Universidad de Washington estudian los circuitos cerebrales que controlan el estrés, la depresión, la adicción, el dolor y otros trastornos neuropsiquiátricos. Este esfuerzo global de colaboración entre ingenieros y neurocientíficos durante un período de tres años consecutivos y decenas de iteraciones de diseño condujeron a la validación exitosa del poderoso implante cerebral en ratones que se mueven libremente, lo que los investigadores creen que realmente puede acelerar el entendimiento del cerebro y sus enfermedades.

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¿Cómo funciona?

El dispositivo, que utiliza cartuchos de drogas reemplazables tipo Lego y un potente bluetooth de baja energía. Puede centrarse en neuronas específicas usando drogas y luz durante períodos prolongados.

Para lograr la entrega crónica de drogas inalámbricas, los científicos tuvieron que resolver el desafío crítico del agotamiento y la evaporación de las drogas. Investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea y la Universidad de Washington en Seattle colaboraron para inventar este dispositivo neuronal con un cartucho de drogas reemplazable, que podría permitir a los neurocientíficos estudiar los mismos circuitos cerebrales durante varios meses sin preocuparse por quedarse sin drogas.

Estos cartuchos de drogas ‘plug-n-play’ se ensamblaron en un implante cerebral para ratones con una sonda suave y ultradelgada (grosor de un cabello humano), que consistía en canales microfluídicos y pequeños LED (más pequeños que un grano de sal), para dosis ilimitadas de medicamentos y entrega de luz.

Controlados con una interfaz elegante y simple en un smartphone, los neurocientíficos pueden activar fácilmente cualquier combinación específica o secuenciación precisa de luz y medicamentos en cualquier animal implantado sin necesidad de estar físicamente dentro del laboratorio. Usando estos dispositivos neuronales inalámbricos, los investigadores también podrían configurar fácilmente estudios con animales completamente automatizados donde el comportamiento de un animal podría afectar positiva o negativamente el comportamiento en otros animales mediante la activación condicional de luz y/o drogas.

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«El dispositivo neuronal inalámbrico permite la neuromodulación química y óptica crónica que nunca antes se había logrado», dijo Qazi. Los ingenieros de KAIST están interesados en continuar desarrollando esta tecnología basada en la ingeniería de micro y nanoescala, con el objetivo de crear un implante cerebral con aplicaciones clínicas.

El dispositivo permite diseccionar mejor la base del comportamiento del circuito neuronal y ver cómo los neuromoduladores específicos en el cerebro ajustan el comportamiento de varias maneras. «Estamos ansiosos por usar el dispositivo para estudios farmacológicos complejos, lo que podría ayudarnos a desarrollar nuevas terapias para el dolor, la adicción y los trastornos emocionales» dijo Michael Bruchas, profesor de anestesiología y medicina del dolor y farmacología en la Facultad de medicina de la Universidad de Washington.

Referencia del estudio:

Qazi, R., Gomez, A. M., Castro, D. C., Zou, Z., Sim, J. Y., Xiong, Y., … Jeong, J.-W. (2019). Wireless optofluidic brain probes for chronic neuropharmacology and photostimulation. Nature Biomedical Engineering. https://doi.org/10.1038/s41551-019-0432-1

Fuente:Science Daily

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