El implante cerebral blando recargable de forma inalámbrica controla las células cerebrales
Imagen óptica de un sistema optoelectrónico blando recargable de forma inalámbrica sostenido con los dedos. El dispositivo emite luz azul desde sus sondas bilaterales. Crédito: Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
Un grupo de investigadores y colaboradores del KAIST ha diseñado un diminuto implante cerebral que se puede recargar de forma inalámbrica desde el exterior del cuerpo para controlar los circuitos cerebrales durante largos períodos de tiempo sin necesidad de cambiar la batería. . El dispositivo está construido con polímeros ultrasuaves y biocompatibles para ayudar a brindar 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 ultrafinas (del grosor de un cabello humano), puede manipular de forma inalámbrica las neuronas objetivo en el cerebro profundo usando luz.
Este estudio, dirigido por el profesor Jae-Woong Jeong, es un paso adelante del dispositivo neuronal de implante inalámbrico montado en la cabeza que desarrolló en 2019. Esa versión anterior podía administrar indefinidamente múltiples medicamentos y tratamientos de estimulación con luz de forma inalámbrica mediante el uso de un teléfono inteligente.
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 se publicó 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, dichos 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 dispositivos adicionales cirugías dolorosas 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».
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 bajo consumo. 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 envía patrones programables de luz a las células cerebrales utilizando una aplicación de teléfono inteligente ‘fácil de usar’ para el control del cerebro en tiempo real.
«Este dispositivo se puede operar en cualquier lugar y en cualquier momento para manipular los 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 la cocaína. -comportamiento inducido 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 podía 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», dijo el 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 mediante la estimulación de luz en el cerebro con solo una simple manipulación de aplicación de teléfono inteligente, observar animales que se mueven libremente cerca, es muy interesante y estimula mucha imaginación», dijo Jeong-Hoon Kim, profesor de fisiología en la Facultad de Medicina de la Universidad de Yonsei. «Esta tecnología facilitará varias vías de investigación cerebral».
Los investigadores creen que esta tecnología de implante cerebral puede generar nuevas oportunidades para la investigación cerebral y la intervención terapéutica para tratar enfermedades en el cerebro y otros órganos.
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Los científicos ahora pueden manipular las células cerebrales usando un teléfono inteligente Más información: Choong Yeon Kim et al, implante subdérmico suave capaz de cargar baterías de forma inalámbrica y controles programables para aplicaciones en optogenética, Nature Comunicaciones (2021). DOI: 10.1038/s41467-020-20803-y Información del diario: Nature Communications
Proporcionado por el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) Cita: Inalámbrico el implante cerebral suave recargable controla las células cerebrales (26 de enero de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-01-wireless-rechargeable-soft-brain-implant.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.