Nuevo implante inalámbrico que simula con éxito los nervios

Se ha creado el primer dispositivo inalámbrico y totalmente implantable para la simulación de nervio optogenético, que revoluciona la forma en que la luz puede controlar la actividad del cerebro.
La pierna del ratón es estimulada por el dispositivo implantable, que es alimentado por el propio cuerpo del roedor.
Crédito de la imagen: Austin Yee

Detallado en el diario Métodos de la naturaleza, el dispositivo es la creación de científicos del Programa Stanford Bio-X, que está afiliado a la Universidad de Stanford, California.

La optogenética es un descubrimiento relativamente nuevo que implica el uso de proteínas sensibles a la luz en el cerebro. Al utilizar la luz para manipular la actividad neuronal, los científicos pueden activar y desactivar neuronas específicas con una precisión sin precedentes.

Sin embargo, a veces no ha demostrado ser la herramienta más práctica.

Se requiere tradicionalmente que un cable de fibra óptica se una a la cabeza para garantizar que la luz llegue con éxito a los conjuntos de células cerebrales modificadas genéticamente. Esto puede ser un impedimento para los ratones, ya que no pudieron navegar por espacios pequeños o laberintos sin la interferencia del cable adjunto.

Además, los científicos tienen la tarea de manipular físicamente al ratón antes del experimento, lo que probablemente estresará al ratón y disuadirá al animal de su comportamiento natural.

Otro desafío que enfrentan los científicos que usan optogenética es cómo alimentar el dispositivo y rastrear el movimiento. De nuevo, esto se ha resuelto tradicionalmente con el uso de un dispositivo voluminoso conectado a la cabeza, con bobinas y sensores, para ubicar el mouse y suministrar potencia.

Son estos problemas los que han impedido que la optogenética se utilice con éxito para investigar problemas mentales, como el estrés, la depresión y la ansiedad.

Un dispositivo del tamaño de un grano de pimienta

Ada Poon, profesora asistente de ingeniería eléctrica en la Universidad de Stanford, desarrolló con éxito el dispositivo en miniatura del tamaño de un grano de pimienta.

Para alimentar el dispositivo, tuvo la idea de usar el propio cuerpo del mouse para transferir energía de radiofrecuencia que tenía la longitud de onda correcta para resonar en un mouse.

Aunque su trabajo inicial en el dispositivo fue publicado, todavía no estaba segura de cómo construir una cámara para amplificar y almacenar la energía de radiofrecuencia.

Trabajando en equipo con Yuji Tanabe, un investigador asociado en el laboratorio de Poon, el par creó una cámara final. En su primera forma, la cámara abierta irradiaría energía en todas las direcciones. Se colocó una rejilla de panal en la parte superior de la cámara para contrarrestar esto, permitiendo que la energía permaneciera contenida dentro de la cámara.

La grilla permite un grado de flexibilidad. Cuando la pata del mouse entra en contacto con la rejilla, no recibe la extensión completa de la energía almacenada a continuación. En cambio, el mouse se convierte en un conducto para la energía debido a la longitud de onda exacta que resuena dentro de su cuerpo. Luego, la energía se captura con una bobina minúscula de 2 mm en el dispositivo.

El siguiente video muestra cómo funciona el dispositivo:

Esta nueva técnica permite a los investigadores alimentar con éxito el dispositivo y rastrear los movimientos del mouse sin restricciones ni interferencias con su comportamiento natural.

El dispositivo es también el primer intento de optogenética inalámbrica que se puede implantar debajo de la piel, allanando el camino para una mayor investigación en músculos y órganos específicos, que pueden haber resultado inaccesibles antes.

Poon describe el descubrimiento como una "nueva forma" de entregar energía inalámbrica para optogenética y dice que el diseño de la fuente de alimentación está públicamente disponible para que otros investigadores lo utilicen.

El equipo de investigación espera que el descubrimiento abra la puerta a nuevas investigaciones innovadoras sobre trastornos de salud mental, trastornos del movimiento y enfermedades de los órganos internos. Ya se otorgó una subvención a los investigadores para investigar el dolor crónico y explorar posibles nuevos tratamientos.

A principios de este año, Noticias médicas hoy informó cómo se utilizó un método optogenético para crear un vínculo artificial entre recuerdos no relacionados en ratones.

Es importante destacar que la optogenética solo es eficaz en los nervios que se han preparado previamente para contener proteínas sensibles a la luz. En el laboratorio, esto se lleva a cabo criando ciertos ratones para que contengan estas proteínas o inyectándolas físicamente en un grupo selecto de nervios.

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