Auto desplegable, electrodo biodegradable que ofrece monitoreo de señales cerebrales mínimamente invasivo.

25 de agosto de 2024 novedad

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por Ingrid Fadelli, Medical Xpress

Los sensores que pueden introducirse fácil y seguramente en el cerebro podrían tener importantes aplicaciones médicas y también podrían contribuir al desarrollo de dispositivos de interfaz cerebral. Si bien se ha logrado un progreso significativo hacia el desarrollo de estos sensores, la mayoría de los dispositivos existentes solo pueden ser implantados mediante procedimientos quirúrgicos invasivos que pueden tener numerosas complicaciones.

Investigadores de la Universidad Nacional de Seúl y otros institutos en Corea del Sur crearon recientemente un nuevo electrodo en forma de tienda biodegradable y auto desplegable que podría ser mucho más fácil de insertar en la superficie del cerebro humano. Su diseño de electrodo propuesto, delineado en Nature Electronics, podría degradarse de forma natural dentro del cuerpo humano sin dejar residuos, lo que significa que una vez insertado en el cuerpo no necesita ser eliminado quirúrgicamente.

'Nuestro último artículo surgió a partir de una creciente conciencia de los desafíos clínicos relacionados con la implantación de electrodos a través de cirugía invasiva en el cerebro', dijo Seung-Kyun Kang, autor correspondiente del artículo, a Medical Xpress.

'Los electrodos de gran área convencionales requieren una extensa cirugía de remoción de cráneo para ser implantados en el cerebro, lo que podría plantear riesgos significativos de complicaciones como sangrado, hinchazón, filtración de líquido cefalorraquídeo o infección. Después de su uso, los electrodos restantes en el cerebro pueden desencadenar reacciones inmunitarias no deseadas o infecciones debido a la formación de biofilm, lo que requiere una cirugía secundaria para su eliminación.'

El electrodo en forma de tienda creado por el equipo es un dispositivo sensor con una forma piramidal, que se utiliza típicamente para recopilar grabaciones de electroencefalografía (EEG) y otros datos neurofisiológicos.

'El electrodo en forma de tienda electrónico que desarrollamos puede ser desplegado usando una jeringa de forma mínimamente invasiva para medir señales cerebrales, y luego puede ser inducido a disolverse y desaparecer dentro del cuerpo después de su uso', dijo Kang. 'Nuestra tecnología es particularmente prometedora para diagnósticos precisos, como el diagnóstico de la epilepsia, así como para prótesis neurales e interfaces cerebro-computadora (BCI) que requieren interactuar con varias regiones cerebrales.'

El electrodo del equipo tiene una estructura en forma de tienda que puede ser fácilmente empaquetada y desplegada. El dispositivo está hecho en parte de polímeros con memoria de forma; materiales flexibles que pueden recuperar su forma original después de ser estirados o comprimidos en un espacio estrecho. Aprovechando las propiedades de estos materiales, los electrodos pueden introducirse fácilmente en espacios confinados dentro de la superficie del cerebro a través de un pequeño agujero.

'También integramos sensores electrónicos inorgánicos biodegradables con grosor de nanómetros en una tienda electrónica para proporcionar flexibilidad', explicó Kang. 'Debido a la flexibilidad mecánica de los sensores, pudimos entregar varios dispositivos electrónicos sin dañar los sensores durante la inyección para medir diversas señales neurofisiológicas del cerebro.'

Las pruebas iniciales para evaluar el rendimiento de los electrodos en forma de tienda del equipo mostraron que pueden retener su rendimiento eléctrico a lo largo de su vida útil y descomponerse completamente después del uso sin dejar residuos. Mientras están operando, los sensores pueden registrar la actividad eléctrica a su alrededor y transmitir los datos que recopilan a otros dispositivos.

Dado que son biodegradables y no tóxicos, los nuevos sensores desarrollados por Kang y sus colegas no necesitarían ser removidos una vez que son introducidos en el cuerpo humano. Esta característica es muy atractiva para una amplia gama de aplicaciones del mundo real, que van desde la medicina de precisión hasta el desarrollo de interfaces cerebro-computadora seguras (BCI).

'La tienda electrónica se puede utilizar para diagnosticar la epilepsia, que puede requerir mapeo de gran área para localizar las áreas afectadas', dijo Jae-Young Bae, autor principal del artículo. 'Generalmente, las convulsiones epilépticas involucran redes intrincadas de regiones cerebrales, a menudo ubicadas en lo profundo del cerebro. La inserción de electrodos en estas regiones profundas y múltiples para localizar los orígenes de las convulsiones puede provocar un daño considerable. Además, dado que las convulsiones no son constantes, a menudo se necesita un monitoreo extendido.'

Los métodos existentes para diagnosticar la epilepsia implican el mapeo de la actividad cerebral durante períodos de tiempo establecidos, típicamente alrededor de dos semanas. Esto se suele hacer utilizando electrodos que pueden capturar lo que está sucediendo en todo el cerebro, permitiendo a los médicos localizar el origen de las convulsiones experimentadas por los pacientes. Una vez que los médicos han sido capaces de diagnosticar la epilepsia o identificado otras fuentes de las convulsiones de un paciente, pueden comenzar a idear intervenciones terapéuticas adecuadas. 

Antes de eso, sin embargo, necesitan quitar quirúrgicamente los electrodos implantados del cerebro del paciente. "Nuestra tienda electrónica biodegradable podría reducir la carga quirúrgica asociada con la implantación de electrodos de mapeo de gran área y eliminar la necesidad de cirugía de extracción secundaria", explicó Bae. 

"El electrodo de tienda podría ofrecer así una solución de diagnóstico mínimamente invasiva en comparación con los métodos tradicionales que requerían la extracción de un área grande del cráneo para la inserción del electrodo." Además de potencialmente facilitar el diagnóstico de la epilepsia y otras afecciones relacionadas con el cerebro, los nuevos electrodos de tienda podrían usarse para desarrollar interfaces cerebro-máquina. Estas son interfaces emergentes que podrían mejorar las interacciones humano-máquina y ayudar a la rehabilitación médica de los pacientes. 

"Por ejemplo, la BCI puede ayudar en la recuperación motora de pacientes con accidente cerebrovascular y controlar neuroprótesis o sistemas robóticos externos", dijo Bae. "Las BCI de gran área son más sensibles y pueden permitir el mapeo completo de regiones cerebrales, lo que permite una localización más precisa de la actividad neural, ayudando al estudio de las funciones cerebrales complejas y mejorando el targeting de intervenciones terapéuticas. Sin embargo, la tecnología BCI enfrenta desafíos en los riesgos asociados con procedimientos invasivos. Esperamos que el electrodo de tienda pueda minimizar el riesgo de uso en la tecnología BCI." Este trabajo reciente de Kang y sus colegas podría contribuir pronto al desarrollo de BCIs más seguros y dispositivos implantables para diagnosticar diversas condiciones médicas. 

Como parte de sus próximos estudios, los investigadores también planean explorar la posibilidad de usar varios materiales biodegradables para ofrecer intervenciones terapéuticas dirigidas, como la quimio- y fototerapia. "En el futuro, también pretendemos colaborar con socios clínicos para probar nuestra tecnología de tienda electrónica biodegradable en aplicaciones clínicas", añadió Kang. "Esto nos permitirá realizar ensayos de campo en entornos médicos para evaluar el rendimiento y el comportamiento de degradación de nuestra tecnología fuera de los entornos de laboratorio. En última instancia, nuestro objetivo es incorporar estos dispositivos electrónicos biodegradables en dispositivos médicos, ofreciendo soluciones de diagnóstico o terapéuticas mínimamente invasivas." Más información: Jae-Young Bae et al, Un electrodo de tienda electrónico biodegradable y auto desplegable para la interfaz del córtex cerebral, Nature Electronics (2024). DOI: 10.1038/s41928-024-01216-x

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