Un “mando a distancia” para neuronas

El concepto de comunicarse de manera artificial con neuronas es tan fascinante como arriesgado.

Hacerlo mediante el uso de luz puede facilitar algunas operaciones pero acarrea retos difíciles de superar.

Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad Carnegie Mellon de Estados Unidos ha creado una nueva tecnología que mejora la capacidad de los científicos para comunicarse con las neuronas mediante la luz.

Esta nueva tecnología hace uso del grafeno, un singular material que consiste en una capa de átomos de carbono posicionados de un modo que conforman una retícula hexagonal, similar a la de un panal de miel, y con un grosor de tan solo 1 átomo.

Debido a esto último, a menudo se describe al grafeno como un material “2D”.

Tzahi Cohen-Karni y sus colaboradores sintetizaron una versión más gruesa y difusa de grafeno a fin de crear un mejor material para la estimulación fototérmica de neuronas.

Esta clase de grafeno, denominada NT-3DFG, permite la estimulación óptica a distancia sin necesidad de modificación genética y utiliza una cantidad de energía que es órdenes de magnitud menor que la empleada por sistemas basados en materiales convencionales.

Este menor uso de energía evita el estrés celular.

El grafeno es abundante, barato y biocompatible.

El laboratorio de Cohen-Karni ha estado trabajando con grafeno durante varios años, desarrollando una técnica de síntesis del material en topologías 3D que ha denominado grafeno “difuso”.

Al cultivar copos de grafeno bidimensionales (2D) fuera de plano en una estructura de nanocables de silicio, es factible crear una estructura 3D con absorción óptica de banda ancha y una eficiencia fototérmica sin igual.

Estas propiedades lo hacen ideal para la modulación de la electrofisiología celular utilizando la luz a través de un efecto físico que altera la capacitancia de la membrana celular mediante pulsos de luz aplicados rápidamente.

El NT-3DFG se puede aplicar fácilmente en forma de suspensión, permitiendo el estudio de las señales transmitidas entre neuronas y entre conjuntos de neuronas.

Sistemas como estos no solo son cruciales para entender cómo las células se transmiten señales e interactúan entre sí, sino que también tienen un gran potencial para el desarrollo de nuevas terapias.

Sin embargo, la exploración de estas oportunidades se ha visto limitada por el riesgo de estrés celular que presentan las tecnologías ópticas de control remoto existentes.

El uso de NT-3DFG elimina este riesgo al utilizar una cantidad muchísimo menor de energía.

Su superficie biocompatible es fácil de modificar químicamente, lo que la hace versátil para su uso con diferentes tipos de células y de entornos celulares.

Usando NT-3DFG, se podrían desarrollar tratamientos de estimulación fototérmica para mitigar problemas motores e inducir la activación muscular.

“La tecnología desarrollada nos permitirá interactuar con tejidos obtenidos por ingeniería genética o con tejido nervioso o muscular in vivo“, explica Cohen-Karni.

“Esto nos permitirá monitorizar la funcionalidad de los tejidos e influir en ellos a distancia usando luz con alta precisión y un bajo consumo energético”.

Fuente: Noticias de la Ciencia