Investigadores del Institute for Research on Next-generation Semiconductor and Sensing Science (IRES²) en la Toyohashi University of Technology han desarrollado un electrodo de aguja de 5 µm de diámetro con sustrato flexible, que reduce notablemente la muerte neuronal y permite grabaciones neuronales estables por más de un año. Este avance fue publicado en Advanced Materials Interfaces, y podría tener un impacto favorable en la investigación neurocientífica y la exploración de enfermedades neurológicas como el Alzheimer y la epilepsia.
Las grabaciones a largo plazo de la actividad neuronal son esenciales tanto para la neurociencia fundamental como para aplicaciones clínicas. Sin embargo, la implantación de microelectrodos en el cerebro suele causar daño tisular, limitando la estabilidad y duración de las grabaciones.
El nuevo electrodo desarrollado por el equipo del profesor Takeshi Kawano supera este problema mediante un diseño ultrafino (5 µm de diámetro), que reduce la respuesta inflamatoria en el tejido cerebral; un sustrato flexible de parileno, que minimiza el daño estructural en la zona de implantación; un método innovador de fabricación, basado en el crecimiento epitaxial de silicio, y la eliminación controlada de la base rígida de silicio.
Según los experimentos en ratones, este electrodo es capaz de registrar actividad neuronal desde el primer día de implantación y mantener un rendimiento estable por más de un año, superando ampliamente la duración de los dispositivos convencionales.
El profesor Kawano explicó que la idea de eliminar la base de silicio surgió en una reunión semanal del grupo de investigación. En un pizarrón, bocetó un nuevo diseño que permitiera romper la base del microelectrodo y ensamblarlo sobre un sustrato flexible.
«Después de desarrollar el proceso de fabricación, Hinata (primer autor del estudio) implantó con éxito los electrodos en la corteza de ratones. Sorprendentemente, observamos una mínima muerte neuronal, lo que permitió grabaciones estables por más de un año,» comentó Kawano.
Por su parte, Hinata Sasaki, estudiante de doctorado y autor principal, compartió su experiencia tras dos años de experimentación: «No fue un proceso corto para un estudiante de doctorado, pero logré completarlo gracias al apoyo de mi equipo y, por supuesto, de los ratones que trabajaron conmigo.»
Los investigadores creen que esta tecnología tiene un gran potencial para la electrofisiología in vivo, especialmente en el estudio de trastornos del desarrollo neurológico, epilepsia y actividad neuronal anómala, y enfermedades neurodegenerativas, como el Alzheimer, ya que, al abordar problemas críticos como el daño tisular y la estabilidad de grabación, podría acelerar el desarrollo de nuevas terapias y diagnósticos para enfermedades cerebrales.
Aunque aún no ha sido probado en humanos ni aprobado para uso clínico, su capacidad para minimizar el daño neuronal y permitir grabaciones de largo plazo lo posiciona como una posible herramienta para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades neurológicas en el futuro
Por: Cipactli Vargas
Fuentes:
Advanced Materials Interfaces
A Flexible-Substrate 5-µm-Diameter Needle Electrode: Minimizing Neuronal Death and Enabling Year-Long Neural Recording
MedicalXpress
Microneedle electrode-based device overcomes long-standing challenges in neural recording
