Dispositivos microscópicos envuelven las neuronas para explorar regiones subcelulares del cerebro

Los dispositivos portátiles, como los relojes inteligentes y los rastreadores de actividad física, controlan diversas funciones corporales, como la frecuencia cardíaca y los patrones de sueño. Los investigadores ahora han creado dispositivos portátiles microscópicos que podrían ofrecer capacidades similares para células individuales dentro del cuerpo.

Las células cerebrales exhiben formas complejas lo que dificulta el diseño de implantes bioelectrónicos que se ajusten perfectamente a las neuronas o sus procesos. Por ejemplo, los axones son extensiones delgadas y en forma de cola que se conectan al cuerpo celular de la neurona y pueden variar significativamente en longitud y curvatura. Además, los axones y otros componentes celulares son delicados, lo que requiere que cualquier dispositivo de interfaz sea lo suficientemente blando como para hacer un contacto efectivo sin causar daños. Científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, Cambridge, MA, EUA) han desarrollado dispositivos sin batería, de tamaño subcelular, hechos de un polímero blando que puede envolver suavemente varias partes de las neuronas, como axones y dendritas, sin dañar las células cuando se activa de forma inalámbrica con luz. Al envolver cómodamente los procesos neuronales, estos dispositivos podrían medir o modular la actividad eléctrica y metabólica de una neurona a nivel subcelular.

Imagen: Los dispositivos de tamaño subcelular podrían usarse para medir o modular la actividad eléctrica de una neurona. (foto cortesía de Pablo Penso, © Marta Airaghi/MIT)

Dado que estos dispositivos son inalámbricos y pueden flotar libremente, los investigadores imaginan un futuro en el que miles de dispositivos diminutos podrían ser inyectados en el cuerpo y activados de manera no invasiva usando luz. Manipulando la intensidad de la luz emitida desde el exterior del cuerpo, los investigadores podrían controlar con precisión cómo los dispositivos envuelven las células. Al rodear los axones, que transmiten impulsos eléctricos entre neuronas y hacia otras partes del cuerpo, podrían ayudar a restaurar parte de la degradación neuronal asociada con enfermedades como la esclerosis múltiple (EM). En condiciones saludables, la mielina actúa como una capa aislante alrededor de los axones, lo que facilita la transmisión eficiente de impulsos eléctricos. En enfermedades no mielinizantes como la EM, las neuronas pierden sus capas aislantes de mielina y, actualmente, no existe un método biológico para regenerarlas. Al funcionar como mielina sintética, estos dispositivos portátiles podrían ayudar a restaurar la función neuronal de los pacientes con EM.

A largo plazo, estos dispositivos podrían integrarse con otros materiales para formar pequeños circuitos capaces de medir y modular células individuales. Los investigadores publicaron sus hallazgos en la revista Nature Communications Chemistry, donde demostraron cómo los dispositivos pueden combinarse con materiales optoeléctricos para estimular las células. Además, se pueden colocar materiales atómicamente finos sobre los dispositivos, lo que les permite enrollarse en microtubos sin romperse. Este avance abre posibilidades para incorporar sensores y circuitos a los dispositivos. Además, su estrecha conexión con las células significa que se requeriría una energía mínima para estimular las regiones subcelulares, lo que potencialmente permitiría a los investigadores o médicos modular la actividad eléctrica de las neuronas para tratar enfermedades cerebrales.

“El concepto y la tecnología de plataforma que presentamos aquí son como una piedra angular que genera inmensas posibilidades para la investigación futura”, dijo Deblina Sarkar, profesora adjunta de Desarrollo Profesional de AT&T en el Media Lab del MIT y autora principal de un artículo sobre esta técnica. “Es emocionante demostrar esta simbiosis de un dispositivo artificial con una célula con una resolución sin precedentes. Hemos demostrado que esta tecnología es posible”.