Optoacústica para neuromodulación de alta precisión
Esquema de estimulación neural optoacústica. Crédito: Shi, Jiang, et al.
La neuromodulación desempeña un papel importante en el desciframiento de circuitos neuronales y la exploración del tratamiento clínico de enfermedades neurológicas. La neuromodulación optoacústica es una modalidad nueva y versátil que ofrece la alta profundidad de penetración de los ultrasonidos, además de la alta precisión espacial de los fotones.
El proceso optoacústico implica pulsos de luz que se convierten en ondas acústicas a frecuencias ultrasónicas. Las ciencias de la vida han sido testigos del rápido desarrollo de las tecnologías optoacústicas, para obtener imágenes de estructuras biológicas vivas que van desde estructuras subcelulares hasta órganos e incluso animales completos.
Un equipo de la Universidad de Boston recientemente comenzó a utilizar la optoacústica para neuromodulación de precisión. Al reutilizar un emisor optoacústico desarrollado originalmente para guía quirúrgica, desarrollaron el primer ejemplo de neuroestimulación optoacústica. Más recientemente, crearon un nuevo tipo de emisor optoacústico que extiende la precisión al nivel de una sola neurona y subcelular. En un manual publicado en Neurophotonics, analizan las consideraciones de diseño del dispositivo, los mecanismos potenciales y las barreras para la adopción de la optoacústica como una herramienta de neuromodulación viable. También ofrecen su perspectiva sobre las direcciones futuras en la investigación fundamental y traslacional para el campo.
La neuromodulación optoacústica se puede lograr a través de una variedad de técnicas. La estimulación neuronal, que se ha aplicado con éxito para tratar trastornos neurológicos y psiquiátricos, como la epilepsia, el Alzheimer, el Parkinson y la depresión resistente al tratamiento, puede encontrar un nuevo método en la optoacústica. Como tal, la estimulación de neuronas optoacústicas evitaría los problemas asociados con la estimulación eléctrica y lograría una mayor precisión para alcanzar fibras nerviosas más finas, por ejemplo, en niños con parálisis cerebral.
Algunas de las técnicas optoacústicas novedosas analizadas en el manual incluyen neuroestimulación basada en fibra, películas biocompatibles y mediación de nanopartículas. Los emisores multiplexados en forma de matrices basadas en fibras o películas pueden usarse potencialmente para estimular, por ejemplo, las células ganglionares de la retina para prótesis visuales.
Los emisores optoacústicos basados en fibras altamente miniaturizados podrían administrar fármacos en las membranas celulares , o integrarse en dispositivos médicos, como catéteres y agujas, para proporcionar una guía quirúrgica en tiempo real.
Como complemento de los dispositivos emisores optoacústicos basados en fibra, las películas optoacústicas biocompatibles pueden servir como una nueva interfaz neural, ofreciendo Múltiples funciones, desde estimulación optoacústica hasta soporte estructural y guía de crecimiento. Como plataforma para la bioelectrónica y base para el andamiaje de tejidos, se ha demostrado que las películas optoacústicas biocompatibles mejoran los efectos de regeneración en la ingeniería ósea. También han demostrado ser capaces de promover la regeneración neuronal, al aumentar la secreción de factores neurotróficos derivados del cerebro. Como técnica mediada por la luz, el andamio optoacústico elimina los requisitos de las conexiones de cables y las modificaciones genéticas.
Según el autor principal Ji-xin Cheng, profesor de la cátedra Theodore Moustakas de fotónica y optoelectrónica en la Universidad de Boston, «en general , la neuromodulación optoacústica presenta una serie de ventajas sobre su contraparte ultrasónica, que incluyen una mayor resolución espacial temporal, una acumulación térmica mínima y un ancho de banda amplio, que la hacen adecuada para la modulación específica de la región en modelos animales e incluso en pacientes humanos. La neuromodulación optoacústica aún se encuentra en una etapa temprana de desarrollo y existen varios desafíos que deben abordarse en estudios futuros».
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Estimulación fotoacústica no genética de neuronas individuales mediante un emisor optoacústico de fibra cónica Más información: Linli Shi et al, Estimulación neuronal de alta precisión a través de emisores optoacústicos, Neurophotonics (2022) ). DOI: 10.1117/1.NPh.9.3.032207 Proporcionado por SPIE Cita: Optoacoustics for high-precision neuromodulation (28 de marzo de 2022) consultado el 29 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news/ 2022-03-optoacoustics-high-precision-neuromodulation.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.