Un nuevo sistema de estimulación submarina creado por colaboradores de la Universidad Estatal de Nuevo México ayudará en el estudio de la actividad eléctrica en vertebrados acuáticos. Esta nueva tecnología también puede ayudar a los investigadores de NMSU a revelar la conexión entre la electricidad y la regeneración de tejidos en ciertas especies de peces.
Graciela Unguez, profesora de biología en la Facultad de Artes y Ciencias, presentó el dispositivo en la conferencia internacional de la Sociedad de Ingeniería y Medicina de la IEEE en Italia este verano, luego de una colaboración de dos años con el profesor asistente de ingeniería eléctrica de la NMSU WeiTang y una compañía local de ingeniería de sistemas llamada Visgence, Inc.
"Esperamos que mucha gente en nuestra comunidad científica pueda ver esto como una oportunidad para la investigación subacuática", dijo Unguez. "Hay tantas especies de animales que no se están estudiando que tienen un gran potencial para aumentar nuestro conocimiento".base."
Aunque es común en estudios de animales terrestres e insectos, la forma de manipulación eléctrica que permite el dispositivo de Unguez y Tang no tiene precedentes en la investigación subacuática, debido a limitaciones ambientales como la corrosión y la accesibilidad del equipo. La conferencia en Italia, titulada "3-D- Estimulador de mochila portátil impreso para la estimulación acuática crónica in vivo ", destacó esta nueva frontera en la ingeniería subacuática y la investigación en neurociencia.
El sistema contiene un control remoto, un circuito estimulador, una batería con una vida útil de más de 100 días y una mochila impresa en 3D que permite que el pez objetivo lleve todo el equipo en cajas impermeables.
"El patrón de estimulación es una forma de onda de pulso cuadrado simple", dijo Tang, quien lidera a los estudiantes graduados y contratistas en el diseño de los circuitos de sensor y estimulador del sistema. "Podemos controlar la amplitud y la frecuencia de repetición de estos pulsos".
Si bien Tang y Unguez predicen aplicaciones más amplias, la mochila se desarrolló originalmente para avanzar en la investigación de Unguez sobre el pez cuchillo de cola larga, más comúnmente conocido como pez de rayas amarillas.
Esta especie de pez, que se encuentra al sur del ecuador en América del Sur y África, tiene un tejido muy especializado, denominado órgano eléctrico. Este órgano genera un campo eléctrico alrededor del cuerpo del pez; se cree que esta salida eléctrica permiteel pez tiene la capacidad de regenerarse, o de restaurar sus células, tejidos u órganos perdidos, como lo hace un lagarto después de perder su cola.
Las células del órgano eléctrico se desarrollan a partir del músculo esquelético del pez, que es similar al músculo que se une a los huesos del cuerpo humano. Sin ninguna manipulación, el pez puede restaurar todos los tejidos de su cola cuando se extrae una porción oSin embargo, a través de la inserción de electrodos en la médula espinal, Unguez puede modificar la actividad eléctrica utilizando el circuito estimulador de la mochila y documentar los efectos de diferentes patrones eléctricos en las capacidades regenerativas de los peces.
Durante los experimentos de estimulación previos, los electrodos que se conectaron a los peces y se conectaron a dispositivos fuera del tanque se despegarían en tres o cuatro días, explicó Unguez.
Usando la mochila, ahora pueden estimular de forma remota, fuera del tanque mientras el pez se mueve libremente.
"Entonces podemos comenzar a estudiar cómo los diferentes tipos de estimulación que entregamos pueden afectar la capacidad del pez no solo para regenerar su cola, sino también para cambiar las propiedades del músculo esquelético y los tejidos de los órganos eléctricos", dijo Unguez.
Además de la regeneración de tejidos, ciertos animales acuáticos, como el pez cuchillo, generarán electricidad con fines de navegación, selección de pareja, comunicación, búsqueda de presas y defensa propia.
"Nosotros hablando", dijo Unguez, "usamos nuestra voz, ellos usan electricidad. Por lo tanto, es un sentido altamente especializado; es extremadamente complejo en términos de los circuitos en su cerebro. Esto tiene implicaciones para biofísicos, ingenieros ycualquiera que vea cómo este modo de comunicación puede tener lugar bajo el agua "
Todavía no se sabe si el pez eléctrico posee algo genéticamente distinto que permita que sus células musculares generen este órgano eléctrico.
"Hasta ahora, no hemos encontrado nada diferente en sus genes en comparación con nosotros", dijo Unguez. "Una pregunta ideal, ideal es: ¿Es posible para nosotros convertir algunos de nuestros músculos en un órgano eléctrico, o un órgano completamente diferente?¿Qué tipo de célula no tenemos? Creo que la respuesta es sí, es solo una cuestión de esos patrones de actividad eléctrica que básicamente le dan a las células diferentes señales, diciéndoles qué hacer, qué no hacer, qué forma adoptar,etc. "
En el futuro, Unguez intentará aislar y estimular las células orgánicas de la cola de un pez eléctrico dentro de una placa de Petri. Esto ofrecerá un experimento más controlado y demostrará la posibilidad de replicar el proceso interno del pez en un entorno externo.
Tang trabajará para minimizar el sistema estimulador actual para posibles aplicaciones médicas futuras.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Estado de Nuevo México NMSU . Original escrito por Dana Beasley. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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