Robot blando mínimamente invasivo para desplegar dentro del cráneo

Científicos de la EPFL han desarrollado conjuntos de electrodos que pueden canalizarse a través de un pequeño orificio en el cráneo y desplegarse sobre una superficie relativamente grande sobre la corteza cerebral.

La tecnología puede ser particularmente útil para proporcionar soluciones mínimamente invasivas para pacientes epilépticos.

La especialidad de Stephanie Lacour es el desarrollo de electrodos flexibles que se adaptan a un cuerpo en movimiento, proporcionando conexiones más confiables con el sistema nervioso.

Su trabajo es inherentemente interdisciplinario.

Entonces, cuando un neurocirujano le pidió a Lacour y a su equipo que idearan electrodos mínimamente invasivos para insertarlos a través de un cráneo humano, se les ocurrió una solución elegante que aprovecha al máximo su experiencia en electrodos compatibles e inspirada en la actuación de la robótica blanda.

¿El reto? Para insertar una gran matriz de electrodos corticales a través de un pequeño orificio en el cráneo, desplegando el dispositivo en un espacio que mide aproximadamente 1 mm entre el cráneo y la superficie del cerebro, sin dañar el cerebro.

“Las neurotecnologías mínimamente invasivas son enfoques esenciales para ofrecer terapias eficientes y adaptadas al paciente”, dice Stéphanie Lacour, profesora del EPFL Neuro X Institute.

“Necesitábamos diseñar una matriz de electrodos en miniatura capaz de plegarse, pasar a través de un pequeño orificio en el cráneo y luego desplegarse en una superficie plana que descansa sobre la corteza.

Luego combinamos conceptos de bioelectrónica blanda y robótica blanda”.

Desde la forma de sus brazos en espiral hasta el despliegue de cada brazo sobre tejido cerebral altamente sensible, cada aspecto de este novedoso electrodo desplegable es de una ingeniería ingeniosa.

El primer prototipo consiste en una matriz de electrodos que se ajusta a través de un orificio de 2 cm de diámetro, pero cuando se despliega, se extiende sobre una superficie de 4 cm de diámetro.

Tiene 6 brazos en forma de espiral para maximizar el área de superficie de la matriz de electrodos y, por lo tanto, la cantidad de electrodos en contacto con la corteza.

Los brazos rectos dan como resultado una distribución desigual de los electrodos y menos área de superficie en contacto con el cerebro.

Algo así como una mariposa en espiral comprimida intrincadamente dentro de su capullo antes de la metamorfosis, el conjunto de electrodos, completo con sus brazos en espiral, está cuidadosamente doblado dentro de un tubo cilíndrico, es decir, el cargador, listo para desplegarse a través del pequeño orificio en el cráneo.

Gracias a un mecanismo de accionamiento de eversión inspirado en la robótica blanda, cada brazo en espiral se despliega suavemente uno a la vez sobre el tejido cerebral sensible.

“La belleza del mecanismo de eversión es que podemos desplegar un tamaño arbitrario de electrodo con una compresión constante y mínima en el cerebro“, dice Sukho Song, autor principal del estudio.

“La comunidad de robótica blanda se ha interesado mucho en este mecanismo de eversión porque ha sido bioinspirado.

Este mecanismo de eversión puede emular el crecimiento de las raíces de los árboles, y no hay limitaciones en términos de cuánto pueden crecer las raíces de los árboles”.

La matriz de electrodos en realidad parece una especie de guante de goma, con electrodos flexibles estampados en un lado de cada dedo en forma de espiral.

El guante está invertido, o al revés, y doblado dentro del cargador cilíndrico.

Para el despliegue, se inserta líquido en cada dedo invertido, uno a la vez, girando el dedo invertido con el lado derecho hacia afuera a medida que se despliega sobre el cerebro.

Song también exploró la idea de enrollar el brazo del electrodo como estrategia para el despliegue.

Pero cuanto más largo es el brazo, más grueso se vuelve cuando se enrolla.

Si el electrodo enrollado se vuelve demasiado grueso, inevitablemente ocupará demasiado espacio entre el cráneo y el cerebro, ejerciendo una presión peligrosa sobre el tejido cerebral.

El patrón de electrodos se produce por evaporación de oro flexible sobre materiales elastómeros muy flexibles.

Hasta ahora, la matriz de electrodos desplegables se ha probado con éxito en un minicerdo.

La neurotecnología blanda ahora será escalada por Neurosoft Bioelectronics, un spin-off de la EPFL del Laboratorio de Interfaces Bioelectrónicas Blanda, que liderará su traducción clínica.

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