Un equipo internacional de investigadores con participación do Consello Superior de Investigacións Científicas (CSIC) presentou unha sonda neuronal flexible fabricada con transistores de efecto de campo baseados en grafeno (Field- Effect Transistor ou FET, en inglés), capaz de gravar todo o espectro de sinais cerebrais, incluídos as de baixa frecuencia. Isto demostra a capacidade destes dispositivos para detectar con alta fidelidade as marcas electrográficas propias do cerebro epiléptico.
A capacidade de gravar e cartografar todo o rango de sinais cerebrais mediante sondas electrofisiológicas pode permitir un gran avance na comprensión das enfermidades cerebrais e facilitar o tratamento clínico dos pacientes con diversos trastornos neurolóxicos. Con todo, ata agora as tecnoloxías dispoñibles eran limitadas na súa capacidade para obter con precisión, alta fidelidade e resolución espacial os sinais cerebrais ultralentas ou de baixa frecuencia. Os resultados deste estudo, publicados na revista Nature Nanotechnology, poden supor grandes avances neste campo.
Guía para o tratamento da epilepsia
A epilepsia é o trastorno cerebral grave máis frecuente, e ata o 30% das persoas que o padecen non poden controlar as crises cos fármacos antiepilépticos tradicionais. Para os pacientes que non responden os fármacos, a cirurxía da epilepsia pode ser unha opción viable. A extirpación cirúrxica da zona do cerebro onde se inician as crises podería evitar as convulsións. Con todo, o éxito desta cirurxía depende de que se identifique de forma precisa a zona para extirpar.
As sinais epilépticas abarcan unha ampla gama de frecuencias, moito máis ampla que a banda monitorada polo electroencefalograma convencional. Os biomarcadores electrográficos dunha zona de inicio de crise inclúen oscilacións moi rápidas, así como actividade ultralenta e variacións do potencial continuo. Estes últimos, en particular, poden proporcionar información moi relevante asociada ao comezo das crises, pero de cando en cando utilízanse polo baixo rendemento dos eléctrodos dispoñibles para detectar este tipo de sinais cerebrais.
Resultados satisfactorios en animais
A aplicación desta nova tecnoloxía permitirá aos investigadores entender o papel das oscilacións infralentas na susceptibilidade de sufrir unha crise epiléptica, así como mellorar a detección de biomarcadores electrofisiológicos clinicamente relevantes asociados á enfermidade. A sonda neuronal de profundidade desenvolvida con grafeno polos autores do traballo consiste nunha matriz lineal duns milímetros de lonxitude feita de microtransistores integrados nun substrato polimérico flexible de micrómetros de espesor.
Estes dispositivos flexibles implantáronse en modelos animais que presentaban convulsións e epilepsia. Os dispositivos implantados proporcionaron durante semanas un rexistro dos sinais cerebrais epilépticas cun gran ancho de banda e unha resolución espacial extraordinaria. Ademais, as probas exhaustivas de biocompatibilidade crónica confirmaron que non houbo danos significativos nos tecidos nin inflamación neuronal, o que se atribúe á biocompatibilidade dos materiais utilizados, incluído o grafeno, e á natureza flexible do dispositivo.
A futura translación clínica desta tecnoloxía ofrece a posibilidade de identificar e delimitar con maior precisión as zonas do cerebro responsables da aparición das crises antes da intervención cirúrxica. Isto permitiría realizar resecciones menos extensas e obter mellores resultados. Por extensión, esta tecnoloxía tamén pode aplicarse para mellorar a comprensión doutras enfermidades neurolóxicas asociadas a sinais cerebrais lentos de baixa frecuencia, como as lesións cerebrais traumáticas, os accidentes cerebrovasculares e a hemicrania.
Grupo investigador
Este traballo está liderado polo investigador Jose A. Garrido, do Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2), o investigador Anton Guimerà-Brunet, do Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB- CNM-CSIC), e o investigador Rob Wykes, da Universidade College London Queen Square Institute of Neurology (Reino Unido) e o Nanomedicine Lab da University of Manchester (Reino Unido). O primeiro autor do artigo é o investigador Andrea Bonaccini Calia, ata hai pouco no grupo do ICN2. Este traballo realizouse no marco do Proxecto Europeo Graphene Flagship.
Referencias:
Full-bandwidth electrophysiology of seizures and epileptiform activity enabled by flexible graphene microtransistor depth neural probes. (Publicado en Nature Nanotechnology)
