Neurociencia

Inventan un implante cerebral de carga inalámbrica capaz de controlar neuronas

implante cerebro inalambrico

Un grupo de investigadores y colaboradores de KAIST ha diseñado un pequeño implante cerebral que se puede recargar de forma inalámbrica desde fuera del cuerpo para controlar los circuitos cerebrales durante largos períodos de tiempo sin reemplazar la batería. El dispositivo está construido con polímeros ultra suaves y biocompatibles para ayudar a proporcionar compatibilidad a largo plazo con el tejido. Equipado con LED del tamaño de un micrómetro (equivalente al tamaño de un grano de sal) montados en sondas ultradelgadas (del grosor de un cabello humano), puede manipular de forma inalámbrica las neuronas objetivo en el cerebro profundo utilizando luz.

El implante cerebral se puede gestionar desde un smartphone

Este estudio, dirigido por el profesor Jae-Woong Jeong, es un paso adelante con respecto al dispositivo neuronal de implante inalámbrico montado en la cabeza que desarrolló en 2019. Esa versión anterior podría administrar indefinidamente múltiples medicamentos y tratamientos de estimulación de luz de forma inalámbrica mediante el uso de un teléfono inteligente.

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Para la nueva versión mejorada, el equipo de investigación ideó un sistema optoelectrónico suave totalmente implantable que se puede controlar de forma remota y selectiva mediante un teléfono inteligente. Esta investigación fue publicada el 22 de enero de 2021 en Nature Communications.

La nueva tecnología de carga inalámbrica aborda las limitaciones de los implantes cerebrales actuales. Las tecnologías de dispositivos implantables inalámbricos se han vuelto populares recientemente como alternativas a los implantes atados convencionales, porque ayudan a minimizar el estrés y la inflamación en animales que se mueven libremente durante los estudios cerebrales, lo que a su vez mejora la vida útil de los dispositivos. Sin embargo, tales dispositivos requieren cirugías intermitentes para reemplazar las baterías descargadas o configuraciones de energía inalámbrica especiales y voluminosas, que limitan las opciones experimentales, así como la escalabilidad de los experimentos con animales.

«Este poderoso dispositivo elimina la necesidad de cirugías dolorosas adicionales para reemplazar una batería agotada en el implante, lo que permite una neuromodulación crónica sin problemas«, dijo el profesor Jeong. «Creemos que la misma tecnología básica se puede aplicar a varios tipos de implantes, incluidos los estimuladores cerebrales profundos y los marcapasos cardíacos y gástricos, para reducir la carga de los pacientes para el uso a largo plazo dentro del cuerpo«.

Bluetooth en el cerebro

Para permitir la carga y los controles inalámbricos de la batería, los investigadores desarrollaron un pequeño circuito que integra un recolector de energía inalámbrico con una antena de bobina y un chip Bluetooth de baja energía. Un campo magnético alterno puede penetrar inofensivamente a través del tejido y generar electricidad dentro del dispositivo para cargar la batería. Luego, el implante Bluetooth alimentado por batería entrega patrones programables de luz a las células cerebrales mediante una aplicación de teléfono inteligente «fácil de usar» para el control del cerebro en tiempo real.

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«Este dispositivo se puede operar en cualquier lugar y en cualquier momento para manipular circuitos neuronales, lo que lo convierte en una herramienta muy versátil para investigar las funciones cerebrales«, dijo el autor principal Choong Yeon Kim, investigador de KAIST.

Los neurocientíficos probaron con éxito estos implantes en ratas y demostraron su capacidad para suprimir el comportamiento inducido por la cocaína después de que las ratas fueron inyectadas con cocaína. Esto se logró mediante la estimulación de luz precisa de las neuronas objetivo relevantes en sus cerebros utilizando los LED controlados por teléfonos inteligentes. Además, la batería de los implantes podría recargarse repetidamente mientras las ratas se comportaban libremente, minimizando así cualquier interrupción física de los experimentos.

«La recarga inalámbrica de la batería hace que los procedimientos experimentales sean mucho menos complicados«, menciona el coautor principal Min Jeong Ku, investigador de la Facultad de Medicina de la Universidad de Yonsei.

«El hecho de que podamos controlar un comportamiento específico de los animales, proporcionando estimulación de luz en el cerebro con solo una simple manipulación de la aplicación del teléfono inteligente, observando a los animales que se mueven libremente cerca, es muy interesante y estimula mucha imaginación», explica Jeong-Hoon. Kim, profesor de fisiología en la Facultad de Medicina de la Universidad de Yonsei. «Esta tecnología facilitará varias vías de investigación del cerebro«.

Los investigadores creen que esta tecnología de implantes cerebrales puede generar nuevas oportunidades para la investigación del cerebro y la intervención terapéutica para tratar enfermedades en el cerebro y otros órganos.

Este trabajo fue apoyado por subvenciones de la Fundación Nacional de Investigación de Corea y el Programa de Investigación de Singularidad Global KAIST.

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Fuente y referencias

Fuente original:  The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)

Referencia del estudio:

Kim, C.Y., Ku, M.J., Qazi, R. et al. Soft subdermal implant capable of wireless battery charging and programmable controls for applications in optogenetics. Nat Commun 12, 535 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-020-20803-y

 

Redacción

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