Las máquinas se están volviendo más acogedoras con nuestras células. Los sensores incorporables registran cómo y cuándo se activan las neuronas; los electrodos provocan que las células del corazón laten o las células del cerebro para disparar; los dispositivos similares a las neuronas podrían incluso estimular un crecimiento más rápido después de la implantación en el cerebro.
Pronto, las llamadas interfaces cerebro-máquina podrían hacer aún más: monitorear y tratar los síntomas de trastornos neurológicos como la enfermedad de Parkinson, proporcionar un plan para diseñar inteligencia artificial o incluso permitir la comunicación de cerebro a cerebro.
Para lograr lo alcanzable y lo quijotesco, los dispositivos necesitan una forma de sumergirse literalmente más profundamente en nuestras células para realizar el reconocimiento. Cuanto más sepamos sobre cómo funcionan las neuronas, más podemos emularlas, replicarlas y tratarlas con nuestras máquinas.
Ahora, en un artículo publicado en Nanotecnología de la naturaleza , Charles M. Lieber, profesor de la Universidad Joshua y Beth Friedman, presenta una actualización de sus dispositivos a nanoescala originales para la grabación intracelular, la primera nanotecnología desarrollada para grabar la charla eléctrica dentro de una célula viva. Nueve años después, Lieber y su equipo tienendiseñó una forma de hacer miles de estos dispositivos a la vez, creando un ejército a nanoescala que podría acelerar los esfuerzos para descubrir qué está sucediendo dentro de nuestras células.
Antes del trabajo de Lieber, dispositivos similares se enfrentaban a un enigma de Ricitos de Oro: demasiado grande y registraban señales internas pero mataban la célula. Demasiado pequeño y no podían cruzar la membrana de la célula; las grabaciones terminaron siendo ruidosas e imprecisas.
Los nuevos nanocables de Lieber eran perfectos. Diseñados e informados en 2010, los originales tenían una punta en forma de "V" a nanoescala con un transistor en la parte inferior de la "V". Este diseño podría perforar las membranas celulares y enviar datos precisos alequipo sin destruir la celda.
Pero había un problema. Los nanocables de silicio son mucho más largos que anchos, lo que los hace tambaleantes y difíciles de discutir. "Son tan flexibles como los fideos cocidos", dice Anqi Zhuang, un estudiante graduado en el Laboratorio Lieber yuno de los autores del último trabajo del equipo.
Para crear los dispositivos originales, los miembros del laboratorio tuvieron que atrapar un fideo de nanocables a la vez, encontrar cada brazo de la "V" y luego tejer los cables en el dispositivo de grabación. Un par de dispositivos tardaron de 2 a 3 semanas en hacerse."Fue un trabajo muy tedioso", dice Zhuang.
Pero los nanocables no se fabrican uno a la vez; se fabrican en masa como las mismas cosas a las que se parecen: espagueti cocido. Utilizando el método catalizado por vapor, líquido y sólido catalizado por nanocluster, que Lieber utilizó para crear los primeros nanocables, el equipoconstruye un entorno donde los cables pueden germinar por sí mismos. Pueden predeterminar el diámetro y la longitud de cada cable, pero no cómo se colocan los cables una vez que están listos. Aunque crecen miles o incluso millones de nanocables a la vez, el resultado final esun desastre de espagueti invisible
Para desenredar el desastre, Lieber y su equipo diseñaron una trampa para sus fideos cocidos sueltos: hacen trincheras en forma de U en una oblea de silicio y luego peinan los nanocables a través de la superficie. Este proceso de "peinado" desenreda el desastre y deposita cada unonanocables en un agujero ordenado en forma de U. Luego, cada curva en "U" obtiene un pequeño transistor, similar a la parte inferior de sus dispositivos en forma de "V".
Con el método de "peinado", Lieber y su equipo completan cientos de dispositivos de nanocables en la misma cantidad de tiempo que solían hacer solo un par ". Debido a que están muy bien alineados, son muy fáciles de controlar,"Zhang dice.
Hasta ahora, Zhang y sus colegas han utilizado los dispositivos a nanoescala en forma de "U" para registrar señales intracelulares en células neuronales y cardíacas en cultivos. Recubiertos con una sustancia que imita la sensación de una membrana celular, los nanocables pueden atravesar esta barreracon un mínimo esfuerzo o daño a la célula. Y pueden grabar la vibración intracelular con el mismo nivel de precisión que su mayor competidor: los electrodos de pinza de sujeción.
Los electrodos de la abrazadera de parche son aproximadamente 100 veces más grandes que los nanocables. Como su nombre indica, la herramienta se aprieta en la membrana de una célula, causando daños irreversibles. El electrodo de la abrazadera de parche puede capturar un registro estable de las señales eléctricas dentro de las células. Pero, Zhangdice: "después de grabar, la célula muere"
Los dispositivos a nanoescala en forma de "U" del equipo Lieber son más amigables con sus anfitriones celulares. "Se pueden insertar en varias células en paralelo sin causar daños", dice Zhang.
En este momento, los dispositivos son tan suaves que la membrana celular los empuja después de aproximadamente 10 minutos de grabación. Para extender esta ventana con su próximo diseño, el equipo podría agregar un poco de pegamento bioquímico a la punta o agrietar los bordes para queel alambre se engancha contra la membrana
Los dispositivos a nanoescala tienen otra ventaja sobre la pinza de parche: pueden registrar más células en paralelo. Con las pinzas, los investigadores pueden recolectar solo algunas grabaciones de células a la vez. Para este estudio, Zhang registró hasta diez células a la vez."Potencialmente, eso puede ser mucho mayor", dice. Mientras más células puedan registrar a la vez, más podrán ver cómo las redes de células interactúan entre sí como lo hacen en las criaturas vivientes.
En el proceso de escalar su diseño de nanocables, el equipo también confirmó una teoría de larga data, llamada hipótesis de curvatura. Después de que Lieber inventó los primeros nanocables, los investigadores especularon que el ancho de la punta de un nanocable la parte inferior de la "V "o" U " puede afectar la respuesta de una célula al cable. Para este estudio, el equipo experimentó con múltiples curvas" U "y tamaños de transistores. Los resultados confirmaron la hipótesis original: las células tienen una punta estrecha y un pequeño transistor.
"La belleza de la ciencia para muchos, incluyéndonos a nosotros mismos, está teniendo tales desafíos para impulsar hipótesis y trabajos futuros", dice Lieber. Con el desafío de escalabilidad detrás de ellos, el equipo espera capturar grabaciones aún más precisas, tal vez dentro de estructuras subcelulares,y registrar células en criaturas vivientes.
Pero para Lieber, un desafío cerebro-máquina es más atractivo que todos los demás: "llevar a los cyborgs a la realidad"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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