Los neuroprotésicos, implantes que contienen electrodos multicontactos que pueden sustituir ciertas funciones nerviosas, tienen el potencial de hacer maravillas. Pueden restaurar el sentido del tacto de los amputados, ayudar a los paralíticos a caminar nuevamente estimulando sus médulas espinales y silenciandola actividad nerviosa de las personas que sufren dolor crónico. Estimular los nervios en el lugar y el momento correctos es esencial para implementar tratamientos efectivos, pero sigue siendo un desafío debido a la incapacidad de los implantes para registrar la actividad neuronal con precisión ". Nuestro cerebro envía y recibe millones deimpulsos nerviosos, pero típicamente implantamos solo una docena de electrodos en pacientes. Este tipo de interfaz a menudo no tiene la resolución necesaria para igualar los patrones complejos de intercambio de información en el sistema nervioso de un paciente ", dice Sandra Gribi, estudiante de doctorado enla Cátedra Fundación Bertarelli en Tecnología Neuroprotésica.
Replicar, y mejorar, cómo funcionan los neuroprotésicos
Los científicos en el laboratorio dirigido por el Dr. Stéphanie Lacour, profesor de la Escuela de Ingeniería de EPFL, han desarrollado una plataforma de nervio en un chip que puede estimular y registrar a partir de fibras nerviosas explantadas, tal como lo haría un neuroprostético implantado.la plataforma contiene microcanales integrados con electrodos y fibras nerviosas explantadas que replican fielmente la arquitectura, la madurez y el funcionamiento del tejido in vivo.
Los científicos probaron su plataforma en fibras nerviosas explantadas de las médulas espinales de ratas, probando varias estrategias para estimular e inhibir la actividad neuronal. "Las pruebas in vitro generalmente se realizan en cultivos de neuronas en platos. Pero estos cultivos no replicandiversidad de neuronas, como sus diferentes tipos y diámetros, que se encontrarían in vivo. Las propiedades de las células nerviosas resultantes cambian. Además, los conjuntos de microelectrodos extracelulares que usan algunos científicos generalmente no pueden registrar toda la actividad de una sola célula nerviosa.en una cultura ", dice Gribi.
La plataforma de nervio en un chip desarrollada en EPFL se puede fabricar en una sala limpia en dos días y puede registrar rápidamente cientos de respuestas nerviosas con una alta relación señal / ruido. Sin embargo, lo que realmente lo estableceaparte es que puede registrar la actividad de las células nerviosas individuales. La investigación acaba de ser publicada en Comunicaciones de la naturaleza .
inhibiendo la actividad de neuronas específicas
Los científicos utilizaron su plataforma para probar un método fototérmico para inhibir la actividad neuronal. "La inhibición neuronal podría ser una forma de tratar el dolor crónico, como el dolor de la extremidad fantasma que aparece después de la amputación de un brazo o una pierna, o el dolor neuropático", diceLacour.
Los científicos depositaron un polímero semiconductor fototérmico, llamado P3HT: PCBM, en algunos de los electrodos del chip. "El polímero se calienta cuando está sujeto a la luz. Gracias a la sensibilidad de nuestros electrodos, pudimos medir una diferencia de actividad entrelas diversas fibras nerviosas explantadas. Más específicamente, la actividad de las fibras más delgadas se bloqueó predominantemente ", dice Gribi. Y son precisamente esas fibras delgadas las que son nociceptores, las neuronas sensoriales que causan dolor. El siguiente paso será usar el polímeroen un implante colocado alrededor de un nervio para estudiar el efecto inhibidor in vivo.
Distinguir entre las fibras nerviosas sensoriales y motoras
Los científicos también utilizaron su plataforma para mejorar la geometría y la posición de los electrodos de grabación, con el fin de desarrollar un implante que pueda regenerar los nervios periféricos. Al ejecutar los datos neuronales medidos a través de un algoritmo robusto, podrán calcular la velocidad ydirección de propagación del impulso nervioso y, por lo tanto, determinar si un impulso dado proviene de un nervio sensorial o motor ". Eso permitirá a los ingenieros desarrollar implantes bidireccionales y selectivos que permitan un control más natural de las extremidades artificiales, como las manos protésicas", dice Lacour.
Financiamiento
Este trabajo es apoyado por la Swiss National Science Foundation, la subvención CR32I2- 149609SFN y la Bertarelli Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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