Investigadores desarrollan un dispositivo implantable que puede registrar una colección de neuronas individuales durante meses.

26 de enero de 2024

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por Leah Burrows, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

Registrar la actividad de grandes poblaciones de neuronas individuales en el cerebro durante largos períodos de tiempo es crucial para profundizar nuestra comprensión de los circuitos neurales, permitir terapias novedosas basadas en dispositivos médicos y, en el futuro, para interfaces cerebro-computadora que requieren información electrofisiológica de alta resolución.

Pero hoy en día existe un compromiso entre la cantidad de información de alta resolución que un dispositivo implantado puede medir y cuánto tiempo puede mantener el rendimiento de grabación o estimulación. Los implantes rígidos de silicio con muchos sensores pueden recopilar mucha información pero no pueden permanecer en el cuerpo durante mucho tiempo. Los dispositivos flexibles y más pequeños son menos intrusivos y pueden durar más en el cerebro, pero solo proporcionan una fracción de la información neural disponible.

Recientemente, un equipo interdisciplinario de investigadores de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), en colaboración con la Universidad de Texas en Austin, MIT y Axoft, Inc., desarrollaron un dispositivo blando implantable con docenas de sensores que puede registrar la actividad de neuronas individuales en el cerebro de manera estable durante meses.

La investigación fue publicada en Nature Nanotechnology.

"Hemos desarrollado interfaces cerebro-electrónica con una resolución de célula única que son más compatibles biológicamente que los materiales tradicionales", dijo Paul Le Floch, primer autor del artículo y exestudiante de posgrado en el laboratorio de Jia Liu, profesor asistente de Bioingeniería en SEAS. "Este trabajo tiene el potencial de revolucionar el diseño de la bioelectrónica para la grabación y estimulación neural, y para las interfaces cerebro-computadora".

Le Floch es actualmente el CEO de Axoft, Inc., una empresa fundada en 2021 por Le Floch, Liu y Tianyang Ye, un exestudiante de posgrado e investigador postdoctoral en el Grupo Park en Harvard. La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard ha protegido la propiedad intelectual asociada a esta investigación y ha otorgado una licencia de la tecnología a Axoft para su desarrollo posterior.

Para superar el compromiso entre la velocidad de datos de alta resolución y la longevidad, los investigadores recurrieron a un grupo de materiales conocidos como elastómeros fluorados. Los materiales fluorados, como el teflón, son resistentes, estables en fluidos biológicos, tienen un excelente rendimiento dieléctrico a largo plazo y son compatibles con técnicas estándar de microfabricación.

Los investigadores integraron estos elastómeros dieléctricos fluorados con matrices de microelectrodos blandos, en total 64 sensores, para desarrollar una sonda de larga duración que es 10,000 veces más suave que las sondas flexibles convencionales hechas de plásticos de ingeniería, como el poliimida o el paryleno C.

El equipo demostró el dispositivo in vivo, registrando información neural del cerebro y la médula espinal de ratones durante varios meses.

"Nuestra investigación destaca que, al diseñar diversos factores cuidadosamente, es factible diseñar elastómeros novedosos para interfaces neurales estables a largo plazo", dijo Liu, quien es el autor correspondiente del artículo. "Este estudio podría ampliar el rango de posibilidades de diseño para interfaces neurales".

El equipo de investigación interdisciplinaria también incluyó a los profesores de SEAS Katia Bertoldi, Boris Kozinsky y Zhigang Suo.

"Diseñar nuevas sondas e interfaces neurales es un problema muy interdisciplinario que requiere experiencia en biología, ingeniería eléctrica, ciencia de materiales, ingeniería mecánica y química", dijo Le Floch.

El estudio también fue coescrito por Siyuan Zhao, Ren Liu, Nicola Molinari, Eder Medina, Hao Shen, Zheliang Wang, Junsoo Kim, Hao Sheng, Sebastian Partarrieu, Wenbo Wang, Chanan Sessler, Guogao Zhang, Hyunsu Park, Xian Gong, Andrew Spencer, Jongha Lee, Tianyang Ye, Xin Tang, Xiao Wang y Nanshu Lu.

Información de la revista: Nature Nanotechnology

Proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences