La tecnología para poder diagnosticar y tratar enfermedades neuronales avanza de forma muy rápida. Uno de estos últimos desarrollos es la utilización del grafeno para dicho fin. En concreto, la empresa tecnológica Inbrain Neuroelectronics, cofundada por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), está desarrollando implantes neuronales para descodificar las señales cerebrales y tratar enfermedades como la epilepsia y el párkinson.
En los últimos años, los investigadores del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC), junto a otros centros de investigación, han demostrado que el grafeno es ideal para descifrar la actividad eléctrica del cerebro y explorar terapias para enfermedades neurológicas. Esto debido a su alta conductividad, flexibilidad y biocompatibilidad. Es ahora cuando la empresa Inbran está creando transistores de grafeno en la Sala Blanca de Micro y Nanofabricación del IMB.
Con la tecnología de electrodos utilizada hasta ahora no se pueden llegar a conocer señales involucradas en enfermedades como la epilepsia o el parkinson, y por ello la comunidad científica llevaba años desarrollando materiales para lograr dicho objetivo. Estudios como ‘High-resolution mapping of infraslow cortical brainactivity enabled by graphene microtransistors’, publicado por la revista Nature Materials demostraba el éxito de estas investigaciones.
Con la tecnología de electrodos utilizada hasta ahora no se pueden llegar a conocer señales involucradas en enfermedades como la epilepsia o el parkinson
“Para comprender mejor las enfermedades cerebrales necesitamos registrar y mapear con fiabilidad una amplia gama de frecuencias, incluidas las ultralentas, usando la misma matriz de sensores”, explica Anton Guimerà, científico del IMB y uno de los fundadores de Inbran Neuroelectronics, junto con dos investigadores del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2), José A. Garrido (ICREA) y Kostas Kostarelos.
Uno de los próximos objetivos de Inbrain Neuroelectronics, según declara su ejecutiva, Carolina Aguilar, es “hacer el primer ensayo clínico en seres humanos en 2023 para conseguir el mapeo cerebral para la resección de tumores y focos epilépticos”. Hasta ahora, estas pruebas se habían realizado en ratones y animales grandes, lo que supondría un paso más en el desarrollo de esta técnica.
MICROTRANSISTORES DE GRAFENO EN CONTACTO DIRECTO CON EL TEJIDO CEREBRAL
Actualmente, las interfaces cerebrales se basan en metales como el platino o el iridio, y por ellos pueden tener múltiples efectos secundarios. Sin embargo, la tecnología desarrollada consiste en unos electrodos de grafeno nanoestructurado de tamaño micrométrico, y debido a sus propiedades, aportan numerosas ventajas frente a los electrodos metálicos.
Los microtransistores consisten en una hoja de grafeno en contacto directo con el tejido cerebral, y conectado por dos pistas de metal a la electrónica de registro. Estos dispositivos “se benefician de la propiedad de efecto campo del grafeno para implementar una amplificación local de señales neuronales”, agrega Guimerà.
La tecnología desarrollada consiste en unos electrodos de grafeno nanoestructurado de tamaño micrométrico que aportan numerosas ventajas
Tras este proceso, la actividad eléctrica del cerebro modula la conductividad del material bidimensional, permitiendo el registro de la actividad cerebral. El grafeno, cuyo desarrollo empezó a estudiarse hace poco más de una década, capacita así unas interfaces con menos restricciones en la miniaturización y la resolución de las señales cerebrales.
Además, mediante técnicas de multiplexación, o lo que es lo mismo, combinando dos o más señales y transmitirlas por un solo medio, facilita el aumento de los canales de registro sin incrementar el número de conexiones y simplifica su manejo. La adquisición de estas señales se basa en circuitos integrados o chips diseñados en el IMB, lo cual permite procesar el gran volumen de información que se extrae de la actividad cerebral.
DESARROLLO PUBLICO-PRIVADO
Cabe recordar que más de un tercio de la población europea sufre algún tipo de enfermedad cerebral, lo que conlleva un alto coste social y sanitario. Con los implantes de grafeno, se abre la posibilidad de dar una respuesta terapéutica más eficiente y adaptada a la condición clínica de cada paciente.
La creación de Inbrain y su actual desarrollo tecnológico constituye un éxito de la transferencia del conocimiento del CSIC, que ha gestionado el trasvase de la tecnología para valorizarla. La identificación, protección y licencia de la tecnología se ha llevado a cabo a través del personal técnico especializado en transferencia de varias instituciones, entre las que se encuentran el CSIC y el ICN2.
En investigación, se trata de un esfuerzo conjunto de ambos centros. Por un lado, el equipo del IMB y CIBER se encarga de la parte tecnológica y electrónica de integración del sistema, de la caracterización y diseño del chip (que todos los elementos encajen); mientras que el ICN2 se responsabiliza del conocimiento básico del material y su síntesis proporciona los elementos.