El implante biodegradable podría ayudar a los médicos a controlar la química cerebral
Crédito: Materiales avanzados (2022). DOI: 10.1002/adma.202108203
Un sensor biodegradable inalámbrico podría ofrecer a los médicos una forma de controlar los cambios en la química del cerebro sin necesidad de una segunda operación para extraer el implante, según un equipo internacional de investigadores.
En un procedimiento mínimamente invasivo en ratones, los investigadores insertaron un dispositivo biodegradable inalámbrico en la región profunda del cerebro de un ratón. El dispositivo recopiló datos sobre los niveles de dopamina, un neurotransmisor importante, y otras propiedades del cerebro, como los niveles de pH, la temperatura y la electrofisiología, antes de disolverse de nuevo en el cuerpo de manera inofensiva.
Debido a que la dopamina es fundamental en muchos procesos neuronales, relacionadas con enfermedades, los médicos podrían utilizar un sensor biodegradable para detectar el neurotransmisor en una variedad de tratamientos y operaciones.
«La medición directa de la dopamina puede ser muy importante debido al papel que desempeñan los neurotransmisores en un muchas enfermedades relacionadas con los nervios», dijo Larry Cheng, Dorothy Quiggle Profesor de Ingeniería y asociado del Instituto de Ciencias Computacionales y de Datos.
«Creo que la gente en el pasado ha estado observando muchos de los otros parámetros en forma de temperatura, fiebre o sudoración, entre otros. Estos parámetros relacionados pueden ser muy útiles cuando no tener la medición directa, pero si podemos tener la medición directa de este neurotransmisor en la ubicación objetivo, y en tiempo real, eso puede ser ciertamente más directo e incluso más útil, porque la información a veces puede ser muy difícil de inferir en función de esos otros parámetros».
El implante basado en silicio incluye un semiconductor llamado dicalcogenuros de metales de transición bidimensionales, o TMDC, que se consideran una clase emergente de materiales que se utilizan cada vez más en aplicaciones de nanoelectrónica y nanofotónica. La capacidad de manipular estos TMDC atómicamente delgados permitió a los científicos diseñar el implante para que fuera biodegradable y, al mismo tiempo, mantuviera el rendimiento eléctrico y electroquímico.
Para que sea implantable, todo este equipo debe estar empaquetado en una sonda que mide unos 13 o 14 milímetros de largo, dijo Cheng. En perspectiva, el diámetro de una aspirina normal es de unos 14 milímetros.
«Eso es realmente para todo el dispositivo, pero, si estamos hablando del sensor en sí, es incluso más pequeño», dijo Cheng, quien también es miembro del Instituto de Investigación de Materiales.
Luego, el equipo probó el dispositivo insertando la sonda en una sección del cerebro del ratón llamada ganglio basal.
En en un entorno clínico, Cheng dijo que los pacientes usarían una diadema u otro tipo de aparato para transmitir las señales del implante al equipo que el personal médico podría usar para monitorear la condición de los pacientes.
Según los investigadores, el El principal beneficio de un dispositivo biodegradable es que no requeriría más cirugías que agregan riesgos a la recuperación para retirar el dispositivo.
«Actualmente, después de la recuperación completa, el dispositivo tiene que ser retirado, o habrá algo adentro no necesitamos usar», dijo Cheng. «Es por eso que aquí, el dispositivo está diseñado para ser biodegradable y después de una cierta cantidad de tiempo y después de haber cumplido su función, puede disolverse de manera segura. Por lo tanto, el paciente no necesitará pasar por la segunda operación de cirugía para retire el dispositivo».
La gran cantidad de productos químicos, materiales y diseños que podrían usarse para fabricar este dispositivo requerían técnicas informáticas avanzadas, según Cheng. Agregó que se usaron computadoras para simular diferentes químicos y esquemas de bioingeniería para encontrar los materiales y diseños ideales para detectar y medir la molécula objetivo, en este caso, la dopamina.
«Tenemos que introducir el material para modelar el material 2D y la dopamina y luego hay que asegurarse de que sean estables», dijo Cheng. «Entonces, tendremos que optimizar la estructura inicial y luego seguiremos estudiando la interacción entre el material estabilizado y la dopamina».
En última instancia, el equipo espera que el dispositivo se utilice para ayudar a los pacientes humanos. , pero esperan que una necesidad inmediata pueda ser para los médicos que participan en estudios con animales.
«Algunas de las posibles opciones de tratamiento pueden estar disponibles primero en estudios con animales donde el implante podría ayudar a los científicos a evaluar inicialmente cómo un progresa la enfermedad, cómo se recupera un paciente de un tratamiento y qué tan efectivo es ese tratamiento», dijo Cheng. «Entonces, el implante puede ser muy útil para usarlo simplemente en un modelo animal para investigar mejor estas preguntas».
El trabajo futuro podría tener como objetivo crear un sensor que monitoree otros aspectos de la química cerebral, más allá de la detección de dopamina. , dijo Cheng.
Los investigadores informaron sobre sus hallazgos en una edición reciente de Advanced Materials.
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El sensor implantable podría medir las funciones corporales y luego biodegradarse de manera segura Más información: Seung Min Yang et al, HeteroIntegration of Silicon Nanomembranes with 2D Materials for Bioreabsorbible, Wireless Neurochemical System, Advanced Materials (2022). DOI: 10.1002/adma.202108203 Información de la revista: Advanced Materials
Proporcionado por la Universidad Estatal de Pensilvania Cita: El implante biodegradable podría ayudar a los médicos a controlar la química cerebral (22 de marzo de 2022 ) obtenido el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-03-biodegradable-implant-doctors-brain-chemistry.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.