La epilepsia es el trastorno cerebral grave más común en todo el mundo, y hasta el 30 % de las personas no pueden controlar sus ataques con los medicamentos antiepilépticos tradicionales. Una nueva investigación ha demostrado que se pueden usar diminutas sondas neuronales de grafeno de manera segura para mejorar en gran medida nuestra comprensión de las causas de la epilepsia.
La sonda neural de profundidad de grafeno (gDNP por las siglas en inglés de graphene depth neural probe) consta de una matriz lineal de microtransistores de un milímetro de largo incrustados en un sustrato polimérico flexible de un micrómetro de espesor. Los transistores fueron desarrollados por una colaboración del Laboratorio de Nanomedicina de la Universidad de Manchester y el Instituto de Neurología de la UCL junto con sus socios Graphene Flagship.
El artículo, publicado en Nature Nanotechnology , muestra que las sondas cerebrales flexibles únicas se pueden usar para registrar señales cerebrales patológicas asociadas con la epilepsia con excelente fidelidad y alta resolución espacial.
El Dr. Rob Wykes, del equipo Nanoneuro de la Universidad de Manchester, dijo : «La aplicación de esta tecnología permitirá a los investigadores investigar el papel que juegan las oscilaciones infralentas en la promoción de ventanas de susceptibilidad para la transición a las convulsiones, así como mejorar la detección de biomarcadores electrofisiológicos clínicamente relevantes asociados con la epilepsia. .”
Los dispositivos gDNP flexibles se implantaron de forma crónica en ratones con epilepsia. Los dispositivos implantados proporcionaron una resolución espacial excepcional y un registro de ancho de banda muy rico de señales cerebrales epilépticas durante semanas. Además, extensas pruebas crónicas de biocompatibilidad no confirmaron daño tisular significativo ni neuroinflamación, lo que se atribuye a la biocompatibilidad de los materiales utilizados, incluido el grafeno, y la naturaleza flexible del dispositivo gDNP.
La capacidad de registrar y mapear la gama completa de señales cerebrales utilizando sondas electrofisiológicas mejorará enormemente nuestra comprensión de las enfermedades cerebrales y ayudará al manejo clínico de pacientes con diversos trastornos neurológicos. Las tecnologías actuales tienen una capacidad limitada para obtener con precisión señales cerebrales ultralentas de alta fidelidad espacial.
“La aplicación de esta tecnología permitirá a los investigadores investigar el papel que juegan las oscilaciones infralentas en la promoción de ventanas de susceptibilidad para la transición a la convulsión, así como mejorar la detección de biomarcadores electrofisiológicos clínicamente relevantes asociados con la epilepsia.”
Dr Rob Wykes
Como indicamos al introducir este artículo, la epilepsia es el trastorno cerebral grave más común y un 30 % de las personas afectadas no pueden controlar sus ataques con los medicamentos antiepilépticos tradicionales. Para los pacientes refractarios a los medicamentos, la cirugía de la epilepsia puede ser una opción viable. La extirpación quirúrgica del área del cerebro donde comienzan las convulsiones por primera vez puede resultar en la ausencia de convulsiones; sin embargo, el éxito de la cirugía depende de la identificación precisa de la zona de inicio de la convulsión (SOZ).
Las señales epilépticas abarcan una amplia gama de frecuencias, mucho más grandes que la banda monitoreada en los escaneos usados convencionalmente. Los biomarcadores electrográficos de una SOZ incluyen oscilaciones muy rápidas, así como cambios de actividad infralenta y de corriente continua (CC).
La implementación de esta nueva tecnología podría permitir a los investigadores investigar el papel que juegan las oscilaciones infralentas en la promoción de ventanas de susceptibilidad para la transición a la convulsión, así como mejorar la detección de biomarcadores electrofisiológicos clínicamente relevantes asociados con la epilepsia.
La futura traducción clínica de esta nueva tecnología ofrece la posibilidad de identificar y confinar con mucha más precisión las zonas del cerebro responsables del inicio de las convulsiones antes de la cirugía, lo que lleva a resecciones menos extensas y mejores resultados. En última instancia, esta tecnología también se puede aplicar para mejorar nuestra comprensión de otras enfermedades neurológicas asociadas con señales cerebrales ultralentas, como lesiones cerebrales traumáticas, accidentes cerebrovasculares y migrañas.
Este trabajo ha recibido financiación del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea en virtud del Acuerdo de subvención n.º 881603 (GrapheneCore3). ICN2 cuenta con el apoyo del programa de Centros de Excelencia Severo Ochoa, financiado por la Agencia Española de Investigación (AEI, beca n.° SEV-2017–0706), y por el Programa CERCA/Generalitat de Catalunya. ABC cuenta con el apoyo del Programa Internacional de Doctorado La Caixa-Severo Ochoa (Programa Internacional de Becas ‘la Caixa’-Severo Ochoa). Este trabajo ha hecho uso de la Red Española de TICS MICRONANOFABS, parcialmente apoyada por MICINN y las TIC ‘NANBIOSIS’, más concretamente por la Unidad de Micro-NanoTecnología del CIBER en Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN) en el IMB-CNM . También agradecemos la financiación de la Generalitat de Catalunya (2017 SGR 1426), y el proyecto 2DTecBio (FIS2017-85787-R) financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades de España, la Agencia Estatal de Investigación (AEI) y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER/UE). Parte de este trabajo ha sido cofinanciado por los Fondos Europeos de Desarrollo Regional (FEDER) asignados al Programa operatiu FEDER de Catalunya 2014–2020, con el apoyo de la Secretaria d’Universitats i Recerca del Departament d’Empresa i Coneixement de la Generalitat de Catalunya para clústeres de tecnologías emergentes dedicados a la valorización y transferencia de resultados de investigación (GraphCAT 001-P-001702). ABC reconoce que este trabajo se ha realizado en el marco del Doctorado en Ingeniería Eléctrica y de Telecomunicación de la Universitat Autònoma de Barcelona. RCW está financiado por una beca de investigación senior otorgada por Worshipful Company of Pewterers. DR es un estudiante de doctorado patrocinado por LIDo del Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas (BBSRC). Agradecemos a M. Walker y L. Lemieux (UCL Queen Square Institute of Neurology) por sus comentarios sobre el manuscrito.
El artículo: Electrofisiología de ancho de banda completo de las convulsiones y la actividad epileptiforme habilitada por sondas neuronales de profundidad de microtransistor de grafeno flexibles . Naturaleza Nanotecnología , 2021.
Bonaccini Calia, A., Masvidal-Codina, E., Smith, T.M. et al. Full-bandwidth electrophysiology of seizures and epileptiform activity enabled by flexible graphene microtransistor depth neural probes. Nat. Nanotechnol. (2021). https://doi.org/10.1038/s41565-021-01041-9
Fuente: The University of Manchester
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