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Investigadores inventan una forma de 'piratear' las señales eléctricas del cerebro


Durante décadas, los neurocientíficos e ingenieros han querido descubrir los secretos del cerebro humano. Las películas de ciencia ficción y cultura pop solo sirven para ayudar a comprender la idea de que el cerebro humano puede ser "pirateado". Pero un equipo de investigadores podría haber acercado significativamente al mundo a manipular cómo funciona nuestro cerebro.

Investigadores de la Universidad de Chicago utilizaron pequeños cables de silicio alimentados por luz para remodelar la forma en que responde el cerebro. Algún día, el proceso podría usarse para tratar trastornos cerebrales.

Los hallazgos aprovechan la técnica llamada optogenética. La técnica de una década utiliza la luz para dar forma a la actividad neuronal. Sin embargo, el problema era que cualquier procedimiento optogenético a menudo implicaba también la manipulación de genes. El equipo de la Universidad de Chicago tomó una ruta diferente en su estudio. En lugar de la genética, buscaron tecnología y utilizaron nanocables, diseñados originalmente para células solares. Combinaron los nanocables con dos tipos de silicio que crearían una corriente eléctrica siempre que se expongan a la luz.

El profesor asistente Bozhi Tian dirigió a los investigadores mientras realizaban su trabajo sobre neuronas de rata que crecían en un laboratorio.

“Cuando el cable está en su lugar e iluminado, la diferencia de voltaje entre el interior y el exterior de la celda se reduce ligeramente. Esto reduce la barrera para que la neurona dispare una señal eléctrica a sus células vecinas ”, dijo Tian.

Más específicamente, el equipo utilizó un núcleo de tipo p (dopado con boro) y una capa de tipo n (dopado con fósforo) con una superficie de oro atómico. Luego, esos metales fueron golpeados con luz y los portadores fotoexcitados viajan a través de los cables donde se separan en el punto de unión del núcleo y la carcasa.

"Estos electrones luego participan en reacciones electroquímicas catódicas en una solución de electrolito circundante, generando una corriente catódica", explicó Tian a NanoTechWeb. "Cuando luego conectamos los nanocables coaxiales con una membrana neuronal objetivo, esta corriente despolariza la membrana, imitando el efecto de un impulso nervioso y haciendo que la neurona dispare un potencial de acción".

Descubrieron que, de hecho, podían hacer que las neuronas dispararan las señales a sus células vecinas, y todo lo que se necesitaría es un solo nanoalambre para iniciar esta activación de neuronas.

“Lo bueno de esto es que tanto el oro como el silicio son materiales biológicamente compatibles”, dijo la estudiante graduada Ramya Parameswaran, la primera autora del estudio. "Además, después de que se inyectan en el cuerpo, las estructuras de este tamaño se degradarían naturalmente en un par de meses".

El silicio también jugó un papel crítico (y relativamente rentable) en el proceso, especialmente en comparación con otras tecnologías que intentan estimular la misma respuesta.

“Esta herramienta podría usarse tanto para estudios bioeléctricos individuales fundamentales como para terapias clínicas”, dijo Tian. “El silicio absorbe fuertemente la luz en el infrarrojo cercano, una longitud de onda de luz que penetra profundamente en el tejido biológico, lo que significa que los nanocables podrían usarse para estimular los nervios periféricos (que se encuentran hasta 1 cm por debajo de la piel) si se inyectan en el tejido. En última instancia, esto podría permitir un tratamiento no invasivo de enfermedades caracterizadas por dolor neuropático severo, como la neuropatía periférica diabética, por ejemplo ".

Los próximos pasos para este equipo incluyen pruebas en animales: al ver el efecto de los nanocables y la luz en los seres vivos, podría darles pistas sobre cómo tratar potencialmente la enfermedad de Parkinson y otras anomalías cerebrales.


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