Sondas neuronales de grafeno capaces de grabar todo el espectro de señales cerebrales

La capacidad de grabar y cartografiar todo el rango de señales cerebrales mediante sondas electrofisiológicas permitiría un gran avance en la comprensión de las enfermedades cerebrales y facilitaría el tratamiento clínico de los pacientes con diversos trastornos neurológicos.

Sin embargo, las tecnologías actuales son limitadas en su capacidad para obtener con precisión y alta fidelidad espacial las señales cerebrales ultralentas.

Un equipo que incluye especialistas del ICN2 (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia), el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC) en España y el Instituto Queen Square de Neurología adscrito al University College de Londres en el Reino Unido ha presentado una sonda neuronal flexible fabricada con transistores de efecto de campo basados en grafeno (Field-Effect Transistor o FET, en inglés), capaz de grabar todo el espectro de señales cerebrales, incluidas las de más baja frecuencia.

Esto demuestra la capacidad de estos dispositivos para detectar con alta fidelidad las marcas electrográficas propias del cerebro epiléptico.

La epilepsia es el trastorno cerebral grave más frecuente, y hasta el 30% de las personas que lo padecen no pueden controlar las crisis con los fármacos antiepilépticos tradicionales.

Para los pacientes que no responden a los fármacos, la cirugía de la epilepsia puede ser una opción viable.

La extirpación quirúrgica de la zona del cerebro donde se inician las crisis podría evitarlas.

Sin embargo, el éxito de esta cirugía depende de que se identifique de forma precisa la zona a extirpar.

Las señales epilépticas abarcan una amplia gama de frecuencias, mucho más amplia que la banda monitorizada por el electroencefalograma (EEG) convencional.

Los biomarcadores electrográficos para determinar la zona de inicio de las crisis incluyen oscilaciones muy rápidas, así como actividad ultralenta y desplazamientos de corriente continua.

Estos últimos, en particular, pueden proporcionar información muy relevante asociada al inicio de las crisis, pero rara vez se utilizan debido a las limitaciones de los electrodos disponibles para detectar este tipo de señales cerebrales.

La aplicación de la nueva tecnología permitirá a la comunidad investigadora entender el papel de las oscilaciones ultralentas en la susceptibilidad de sufrir una crisis epiléptica, así como mejorar la detección de biomarcadores electrofisiológicos clínicamente relevantes asociados a la enfermedad.

La nueva sonda neuronal de profundidad desarrollada con grafeno consiste en una matriz lineal de unos milímetros de longitud hecha de microtransistores incrustados en un sustrato polimérico flexible de micrómetros de espesor.

Dispositivos flexibles de este tipo se implantaron en modelos animales pequeños que presentaban convulsiones y epilepsia.

Los dispositivos implantados proporcionaron durante semanas un registro de las señales cerebrales epilépticas con un gran ancho de banda y una resolución espacial extraordinaria.

Además, las pruebas exhaustivas de biocompatibilidad crónica confirmaron que no hubo daños significativos en los tejidos ni inflamación neuronal, lo que se atribuye a la biocompatibilidad de los materiales utilizados, incluido el grafeno, y a la naturaleza flexible del dispositivo.

La futura adaptación clínica de esta tecnología ofrece la posibilidad de identificar y delimitar con mayor precisión las zonas del cerebro responsables de la aparición de las crisis epilépticas antes de la intervención quirúrgica.

Esto permitiría realizar resecciones menos extensas y obtener mejores resultados.

Por extensión, esta tecnología también puede aplicarse para mejorar la comprensión de otras enfermedades neurológicas asociadas a señales cerebrales ultralentas, como las lesiones cerebrales traumáticas, los accidentes cerebrovasculares y la migraña.

Fuente: Nature Nanotechnology