Comprender la interfaz neuronal dentro del cerebro es fundamental para comprender el envejecimiento, el aprendizaje y la progresión de la enfermedad. Sin embargo, los métodos existentes para estudiar las neuronas en los cerebros de los animales para comprender mejor los cerebros humanos tienen limitaciones, de tal forma que en algunas ocasiones es difícil recolectar suficiente información.
En este contexto, un dispositivo de electrodo emergente podría recopilar información más detallada sobre las neuronas individuales y sus interacciones entre sí, al tiempo que limita el potencial de daño al tejido cerebral. “Es un desafío comprender la conectividad entre la gran cantidad de células neuronales dentro del cerebro”, explica Huanyu "Larry" Cheng, principal autor del estudio.
“En el pasado, la gente desarrolló un dispositivo que se coloca directamente en la corteza para detectar información en la capa superficial, que es menos invasiva. Pero sin insertar el dispositivo en el cerebro, es un desafío detectar la información intercortical”, sigue comentando.
En respuesta a esta limitación, los investigadores desarrollaron electrodos basados en sondas que se insertan en el cerebro. El problema con este método es que no es posible obtener un diseño 3D de las neuronas y el cerebro sin hacer múltiples sondas, que son difíciles de colocar en una superficie flexible y dañarían demasiado el tejido cerebral.
Se trata de un diseño único que aparece en tres dimensiones después de insertarse en el cerebro
“Para abordar este problema, usamos el diseño emergente. Podemos fabricar los electrodos del sensor con una resolución y un rendimiento comparables con la fabricación existente. Pero, al mismo tiempo, podemos mostrarlos en la geometría 3D antes de que se inserten en el cerebro. Son similares a los libros emergentes para niños: tienes la forma plana y luego aplicas la fuerza de compresión. Transforma el 2D en 3D. Proporciona un dispositivo 3D con un rendimiento comparable al 2D”.
Se trata de un diseño único que aparece en tres dimensiones después de insertarse en el cerebro, su dispositivo también usa una combinación de materiales que no se había usado antes de esta manera particular. Específicamente, usaron polietilenglicol, un material que se ha usado antes, como un recubrimiento biocompatible para crear rigidez, que no es un propósito para el que se haya usado anteriormente.
"Para insertar el dispositivo en el cerebro, debe ser rígido, pero una vez que el dispositivo está en el cerebro, debe ser flexible", explicó Ki Jun Yu, coautor del proyecto. “Así que usamos un revestimiento biodegradable que proporciona una capa exterior rígida en el dispositivo. Una vez que el dispositivo está en el cerebro, esa capa rígida se disuelve, restaurando la flexibilidad inicial. Tomando en conjunto la estructura del material y la geometría de este dispositivo, podremos obtener información del cerebro para estudiar la conectividad neuronal 3D”.
TRATAMIENTO DE ENFERMEDADES
Los próximos pasos para la investigación incluyen modificar el diseño para que sea beneficioso no solo para obtener una mejor comprensión del cerebro, sino también paracirugías y tratamientos de enfermedades.
“Además de los estudios con animales, algunas aplicaciones del uso del dispositivo podrían ser operaciones o tratamientos para enfermedades en las que es posible que no necesite sacar el dispositivo, pero seguramente querrá asegurarse de que el dispositivo sea biocompatible durante un largo período de tiempo” define Chen.
“Es beneficioso diseñar la estructura lo más pequeña, suave y porosa posible para que el tejido cerebral pueda penetrar y poder usar el dispositivo como un andamio para crecer encima de eso, lo que lleva a una recuperación mucho mejor. También nos gustaría utilizar material biodegradable que pueda disolverse después de su uso”, termina contando.