Las fibras ópticas blandas e implantables son dispositivos delgados y flexibles diseñados para transmitir luz a áreas específicas del cuerpo. A diferencia de las fibras ópticas tradicionales, que pueden ser rígidas y difíciles de implantar, estas fibras son suaves y flexibles, lo que las hace ideales para la inserción en tejidos delicados.
La optogenética es una técnica que combina la genética y la óptica para controlar y monitorear las actividades de las células nerviosas utilizando luz. A través de la manipulación genética, las células nerviosas se hacen sensibles a la luz, permitiendo a los científicos activar o inhibir estas células simplemente exponiéndolas a ciertas longitudes de onda de luz. Esta capacidad de controlar las neuronas con precisión ha transformado nuestra comprensión de los sistemas neuronales y ha abierto nuevas posibilidades en la investigación neurológica. Sin embargo, a pesar de su potencial, la entrega precisa de esta luz a áreas específicas del cuerpo ha sido un desafío, hasta ahora.
Entre los avances recientes en este campo, destaca un estudio de Xinyue Liu, de la Universidad Estatal de Michigan. Liu y su equipo han desarrollado fibras ópticas flexibles específicamente diseñadas para estudiar trastornos de los nervios periféricos en modelos animales. Estas fibras permiten a los investigadores iluminar y activar específicamente las neuronas en los nervios periféricos, lo que es esencial para comprender mejor las enfermedades que afectan estos nervios.
La optogenética requiere una entrega precisa de luz a las células objetivo. Las fibras ópticas blandas permiten a los investigadores dirigir la luz exactamente donde se necesita, ya sea en el cerebro, la médula espinal o cualquier otro órgano. Esto es especialmente útil cuando se trata de estimular o inhibir actividades neuronales específicas.
Los investigadores adoptaron un enfoque novedoso utilizando hidrogeles, que tienen transparencia óptica en el rango visible y propiedades mecánicas sintonizables. Estos materiales de hidrogel son flexibles y tienen un alto contenido de agua, pero son susceptibles a la fractura por fatiga debido a deformaciones repetidas. Para superar este desafío, Liu y sus colegas optimizaron las propiedades ópticas y mecánicas del hidrogel, introduciendo dominios nanocristalinos poliméricos dentro de las fibras para evitar la propagación de grietas y garantizar su resistencia. Como resultado, las fibras presentaron bajas pérdidas ópticas, una alta capacidad de estiramiento y una resistencia a la fatiga impresionante.
Como validación de prueba de concepto, las fibras de hidrogel se implantaron en los nervios ciáticos de ratones, que aún podían correr libremente en una rueda. En un modelo de ratón con dolor inflamatorio crónico, el equipo de Liu descubrió que podían inhibir con éxito el dolor ciático utilizando un láser pulsado de 473 nm que recorría las fibras de hidrogel.
«Nuestros hallazgos indican la posibilidad de aplicar la técnica de administración de luz con fibras de hidrogel a otros órganos móviles más allá de los nervios periféricos, como el corazón y el sistema gastrointestinal, a través de diseños de fibras personalizadas.» Xinyue Liu, autora de la investigación «Highly Stretchable, Strain Sensing Hydrogel Optical Fibers»
El desarrollo de soluciones en la optogenética, como la que propone Xinyue Liu, está abriendo nuevas posibilidades en la investigación y el tratamiento de enfermedades neurológicas y trastornos de los nervios periféricos.
Optics & Photonics News
Flexible Optical Fibers to Study Peripheral Nerves
Advanced Materials
«Highly Stretchable, Strain Sensing Hydrogel Optical Fibers»
