Un equipo de científicos de Corea y Estados Unidos ha inventado un dispositivo que puede controlar los circuitos neuronales mediante un pequeño implante cerebral controlado por un teléfono inteligente.
Investigadores, publicando en Ingeniería Biomédica de la Naturaleza creemos que el dispositivo puede acelerar los esfuerzos para descubrir enfermedades cerebrales como Parkinson, Alzheimer, adicción, depresión y dolor.
El dispositivo, que utiliza cartuchos de medicamentos reemplazables similares a Lego y un potente bluetooth de baja energía, puede apuntar a neuronas específicas de interés usando medicamentos y luz durante períodos prolongados.
"El dispositivo neuronal inalámbrico permite una neuromodulación química y óptica crónica que nunca antes se había logrado", dijo el autor principal Raza Qazi, investigador del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea KAIST y la Universidad de Colorado Boulder.
Qazi dijo que esta tecnología eclipsa significativamente los métodos convencionales utilizados por los neurocientíficos, que generalmente involucran tubos de metal rígido y fibras ópticas para administrar medicamentos y luz. Además de limitar el movimiento del sujeto debido a las conexiones físicas con equipos voluminosos, su estructura relativamente rígida causa lesionesen el tejido cerebral blando a lo largo del tiempo, por lo que no es adecuado para la implantación a largo plazo. Aunque se han realizado algunos esfuerzos para mitigar parcialmente la respuesta tisular adversa mediante la incorporación de sondas blandas y plataformas inalámbricas, las soluciones anteriores estaban limitadas por su incapacidad para administrar medicamentoslargos períodos de tiempo, así como sus configuraciones de control voluminosas y complejas.
Para lograr la administración inalámbrica crónica de medicamentos, los científicos tuvieron que resolver el desafío crítico del agotamiento y la evaporación de los medicamentos. Investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea y la Universidad de Washington en Seattle colaboraron para inventar un dispositivo neuronal con un medicamento reemplazablecartucho, que podría permitir a los neurocientíficos estudiar los mismos circuitos cerebrales durante varios meses sin preocuparse por quedarse sin medicamentos.
Estos cartuchos de medicamentos 'plug-n-play' se ensamblaron en un implante cerebral para ratones con una sonda suave y ultrafina el grosor de un cabello humano, que consistía en canales de microfluidos y pequeños LED más pequeños que un grano de sal, para dosis ilimitadas de fármacos y suministro ligero.
Controlado con una interfaz de usuario elegante y simple en un teléfono inteligente, los neurocientíficos pueden activar fácilmente cualquier combinación específica o secuenciación precisa de suministro de luz y fármacos en cualquier animal objetivo implantado sin necesidad de estar físicamente dentro del laboratorio. Usando estos dispositivos neuronales inalámbricos, los investigadorestambién podría configurar fácilmente estudios en animales completamente automatizados donde el comportamiento de un animal podría afectar positiva o negativamente el comportamiento de otros animales mediante la activación condicional de la luz y / o la administración de medicamentos.
"Este dispositivo revolucionario es el fruto de un diseño electrónico avanzado y de una potente ingeniería a micro y nanoescala", dijo Jae-Woong Jeong, profesor de ingeniería eléctrica en KAIST. "Estamos interesados en seguir desarrollando esta tecnología para hacer un implante cerebral paraaplicaciones clínicas."
Michael Bruchas, profesor de anestesiología y medicina del dolor y farmacología en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington, dijo que esta tecnología ayudará a los investigadores de muchas maneras.
"Nos permite diseccionar mejor la base del comportamiento del circuito neuronal y cómo los neuromoduladores específicos en el cerebro sintonizan el comportamiento de varias maneras", dijo. "También estamos ansiosos por usar el dispositivo para estudios farmacológicos complejos, lo que podría ayudarDesarrollamos nuevas terapias para el dolor, la adicción y los trastornos emocionales ".
Los investigadores del grupo Jeong de KAIST desarrollan componentes electrónicos blandos para dispositivos portátiles e implantables, y los neurocientíficos del laboratorio Bruchas de la Universidad de Washington estudian los circuitos cerebrales que controlan el estrés, la depresión, la adicción, el dolor y otros trastornos neuropsiquiátricos.El esfuerzo colaborativo entre ingenieros y neurocientíficos durante un período de tres años consecutivos y decenas de iteraciones de diseño llevaron a la validación exitosa de este poderoso implante cerebral en ratones que se mueven libremente, que los investigadores creen que puede realmente acelerar el descubrimiento del cerebro y sus enfermedades.
Este trabajo fue apoyado por subvenciones de la Fundación Nacional de Investigación de Corea, el Instituto Nacional de Salud de EE. UU., El Instituto Nacional sobre el Abuso de Drogas y la Cátedra Mallinckrodt.
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Materiales proporcionado por Universidad de Washington Health Sciences / UW Medicine . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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