Un sensor biodegradable inalámbrico podría ofrecer a los médicos una forma de monitorear los cambios en la química del cerebro sin requerir una segunda operación para retirar el implante, según un equipo internacional de investigadores.
En un procedimiento mínimamente invasivo en ratones, los investigadores insertaron un dispositivo biodegradable inalámbrico en la región profunda del cerebro de un ratón. El dispositivo recopiló datos sobre los niveles de dopamina, un importante neurotransmisor, y otras propiedades del cerebro, como el pHniveles, temperatura y electrofisiología antes de disolverse inofensivamente en el cuerpo.
Debido a que la dopamina es crítica en muchas condiciones relacionadas con los nervios, los médicos podrían usar un sensor biodegradable para detectar el neurotransmisor para una variedad de tratamientos y operaciones.
"La medición directa de la dopamina puede ser muy significativa debido al papel que desempeñan los neurotransmisores en muchas enfermedades relacionadas con los nervios", dijo Larry Cheng, profesor de ingeniería de Dorothy Quiggle y asociado del Instituto de Ciencias Computacionales y de Datos."Creo que la gente en el pasado ha estado observando muchos de los otros parámetros en forma de temperatura, fiebre o sudoración, entre otros. Estos parámetros relacionados pueden ser muy útiles cuando no tenemos la medición directa, pero sipodemos tener la medición directa de este neurotransmisor en la ubicación de destino, y en tiempo real, que sin duda puede ser más directo e incluso más útil, porque la información a veces puede ser muy difícil de inferir en función de esos otros parámetros".
El implante basado en silicio incluye un semiconductor llamado dicalcogenuros de metales de transición bidimensionales, o TMDC, que se consideran una clase emergente de materiales que se utilizan cada vez más en aplicaciones de nanoelectrónica y nanofotónica. La capacidad de manipular estos TMDC atómicamente delgados permitió a los científicospara diseñar el implante para que sea biodegradable pero mantenga el rendimiento eléctrico y electroquímico.
Para hacer esto implantable, todo este equipo debe estar empaquetado en una sonda que mide alrededor de 13 o 14 milímetros de largo, dijo Cheng. En perspectiva, el diámetro de una aspirina normal es de unos 14 milímetros.
"Eso es realmente para todo el dispositivo, pero, si estamos hablando del sensor en sí, es aún más pequeño", dijo Cheng, quien también es miembro del Instituto de Investigación de Materiales.
Luego, el equipo probó el dispositivo insertando la sonda en una sección del cerebro del ratón llamada ganglio basal.
En un entorno clínico, Cheng dijo que los pacientes usarían una diadema u otro tipo de aparato para transmitir las señales del implante al equipo que el personal médico podría usar para monitorear la condición de los pacientes.
Según los investigadores, el principal beneficio de un dispositivo biodegradable es que no requeriría más cirugías, lo que agrega riesgos a la recuperación, para retirar el dispositivo.
"Actualmente, después de la recuperación completa, el dispositivo tiene que ser removido, o simplemente habrá algo dentro que no necesitamos usar", dijo Cheng. "Así que es por eso que aquí, el dispositivo está diseñado para ser biodegradable y despuésuna cierta cantidad de tiempo y después de haber cumplido su función, puede disolverse de manera segura, por lo que el paciente no necesitará pasar por la segunda operación quirúrgica para retirar el dispositivo.
La gran cantidad de productos químicos, materiales y diseños que podrían usarse para fabricar este dispositivo requerían técnicas informáticas avanzadas, según Cheng. Agregó que las computadoras se usaron para simular diferentes productos químicos y esquemas de bioingeniería para encontrar los materiales y diseños ideales para detectary mida la molécula objetivo, en este caso, la dopamina.
"Tenemos que introducir el material para modelar el material 2D y la dopamina y luego hay que asegurarse de que sean estables", dijo Cheng. "Entonces, tendremos que optimizar la estructura inicial y luego seguiremos estudiando elinteracción entre el material estabilizado y la dopamina."
En última instancia, el equipo espera que el dispositivo se utilice para ayudar a los pacientes humanos, pero esperan que una necesidad inmediata sea para los médicos que se dedican a estudios con animales.
"Algunas de las posibles opciones de tratamiento pueden estar disponibles primero en estudios con animales donde el implante podría ayudar a los científicos a evaluar inicialmente cómo progresa una enfermedad, cómo se recupera un paciente de un tratamiento y qué tan efectivo es ese tratamiento", dijo Cheng. "Entonces,el implante puede ser muy útil para usarlo simplemente en un modelo animal para investigar mejor estas preguntas".
El trabajo futuro podría tener como objetivo crear un sensor que controle otros aspectos de la química cerebral, más allá de la detección de dopamina, dijo Cheng.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Estado de Pensilvania. Original escrito por Matt Swayne. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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