Crean fibras ópticas blandas que bloquean el dolor al moverse y estirarse

Las fibras podrían ayudar a probar tratamientos para el dolor relacionado con los nervios.

Los científicos tienen una nueva herramienta para iluminar con precisión las raíces del dolor nervioso.

Ingenieros del MIT han desarrollado fibras blandas e implantables que pueden llevar luz a los principales nervios del cuerpo.

Cuando estos nervios se manipulan genéticamente para responder a la luz, las fibras pueden enviar pulsos de luz a los nervios para inhibir el dolor.

Las fibras ópticas son flexibles y se estiran con el cuerpo.

Las nuevas fibras pretenden ser una herramienta experimental que los científicos pueden utilizar para explorar las causas y los posibles tratamientos de los trastornos de los nervios periféricos en modelos animales.

El dolor de los nervios periféricos puede ocurrir cuando los nervios fuera del cerebro y la médula espinal están dañados, lo que provoca hormigueo, entumecimiento y dolor en las extremidades afectadas.

Se estima que la neuropatía periférica afecta a más de 20 millones de personas en los Estados Unidos.

“Los dispositivos actuales utilizados para estudiar los trastornos nerviosos están hechos de materiales rígidos que restringen el movimiento, por lo que realmente no podemos estudiar la lesión de la médula espinal y su recuperación si hay dolor“, dice Siyuan Rao, profesor asistente de ingeniería biomédica en la Universidad de Massachusetts. en Amherst, quien realizó parte del trabajo como postdoctorado en el MIT.

“Nuestras fibras pueden adaptarse al movimiento natural y hacer su trabajo sin limitar el movimiento del sujeto. Eso puede darnos información más precisa”.

“Ahora, la gente tiene una herramienta para estudiar las enfermedades relacionadas con el sistema nervioso periférico, en condiciones muy dinámicas, naturales y sin restricciones“, añade Xinyue Liu PhD ’22, que ahora es profesor asistente en la Universidad Estatal de Michigan (MSU).

El nuevo estudio surgió del deseo del equipo de ampliar el uso de la optogenética más allá del cerebro.

La optogenética es una técnica mediante la cual los nervios se modifican genéticamente para responder a la luz.

La exposición a esa luz puede activar o inhibir el nervio, lo que puede brindar a los científicos información sobre cómo funciona el nervio e interactúa con su entorno.

Los neurocientíficos han aplicado la optogenética en animales para rastrear con precisión las vías neuronales subyacentes a una variedad de trastornos cerebrales, incluidas la adicción, la enfermedad de Parkinson y los trastornos del estado de ánimo y del sueño, información que ha llevado a terapias dirigidas para estas afecciones.

Hasta la fecha, la optogenética se ha empleado principalmente en el cerebro, un área que carece de receptores del dolor, lo que permite la implantación relativamente indolora de dispositivos rígidos.

Sin embargo, los dispositivos rígidos aún pueden dañar los tejidos neurales.

El equipo del MIT se preguntó si la técnica podría ampliarse a los nervios fuera del cerebro.

Al igual que ocurre con el cerebro y la médula espinal, los nervios del sistema periférico pueden experimentar una variedad de deterioros, que incluyen ciática, enfermedad de la neurona motora y entumecimiento y dolor generales.

La optogenética podría ayudar a los neurocientíficos a identificar causas específicas de afecciones de los nervios periféricos, así como a probar terapias para aliviarlas.

Pero el principal obstáculo para implementar la técnica más allá del cerebro es el movimiento.

Los nervios periféricos experimentan constantes empujones y tirones de los músculos y tejidos circundantes.

Si se usaran dispositivos rígidos de silicio en la periferia, limitarían el movimiento natural del animal y potencialmente causarían daño a los tejidos.

Los investigadores buscaron desarrollar una alternativa que pudiera funcionar y moverse con el cuerpo.

Su nuevo diseño es una fibra blanda, elástica y transparente hecha de hidrogel, una mezcla gomosa y biocompatible de polímeros y agua, cuya proporción ajustaron para crear pequeños cristales de polímeros a nanoescala esparcidos en una solución más parecida a la gelatina.

La fibra consta de dos capas: un núcleo y una capa exterior o “revestimiento”.

El equipo mezcló las soluciones de cada capa para generar una disposición cristalina específica.

Esta disposición le dio a cada capa un índice de refracción específico y diferente, y juntas las capas impidieron que la luz que viajaba a través de la fibra se escapara o se dispersara.

El equipo probó las fibras ópticas en ratones cuyos nervios fueron modificados genéticamente para responder a la luz azul que excitaría la actividad neuronal o a la luz amarilla que inhibiría su actividad.

Descubrieron que incluso con la fibra implantada en su lugar, los ratones podían correr libremente sobre una rueda.

Después de dos meses de ejercicios con ruedas, que ascendieron a unos 30.000 ciclos, los investigadores descubrieron que la fibra aún era robusta y resistente a la fatiga, y también podía transmitir luz de manera eficiente para desencadenar la contracción muscular.

Luego, el equipo encendió un láser amarillo y lo pasó a través de la fibra implantada.

Utilizando procedimientos de laboratorio estándar para evaluar la inhibición del dolor, observaron que los ratones eran mucho menos sensibles al dolor que los roedores que no fueron estimulados con luz.

Las fibras pudieron inhibir significativamente el dolor ciático en esos ratones estimulados por la luz.

Los investigadores ven las fibras como una nueva herramienta que puede ayudar a los científicos a identificar las raíces del dolor y otros trastornos de los nervios periféricos.

“Nos estamos centrando en la fibra como una nueva tecnología de neurociencia”, dice Liu.

“Esperamos ayudar a analizar los mecanismos subyacentes al dolor en el sistema nervioso periférico.

Con el tiempo, nuestra tecnología puede ayudar a identificar nuevas terapias mecanicistas para el dolor crónico y otras condiciones debilitantes como la degeneración o lesión de los nervios”.

Fuente: MIT News