Un implante neuronal a largo plazo que puede grabar desde el cerebro durante varios meses


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Registrar la actividad de grandes poblaciones de neuronas individuales en el cerebro durante largos períodos de tiempo es crucial para avanzar en nuestra comprensión de los circuitos neuronales, para permitir nuevas terapias basadas en dispositivos médicos y, en el futuro, para las interfaces cerebro-computadora que requieren alta resolución. Información eléctrica.

Pero hoy en día existe un equilibrio entre la cantidad de información de alta resolución que un dispositivo implantado puede medir y cuánto tiempo puede continuar su rendimiento de grabación o estimulación. Los implantes de silicona sólida con muchos sensores pueden recopilar mucha información pero no pueden permanecer en el cuerpo por mucho tiempo. Los dispositivos flexibles más pequeños son menos invasivos y pueden durar más tiempo en el cerebro, pero proporcionan sólo una pequeña porción de la información neuronal disponible.

Recientemente, un equipo interdisciplinario de investigadores de Universidad de Harvard John A. Paulson Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS), en colaboración con la Universidad de Texas en Austin, el MIT y empresa exoftDesarrolló un dispositivo implantable blando equipado con docenas de sensores que pueden registrar la actividad de una sola neurona en el cerebro de manera estable durante meses.

La investigación fue publicada en Nanotecnología de la naturaleza.

«Hemos desarrollado interfaces cerebrales electrónicas con resolución unicelular que son más biocompatibles que los materiales convencionales», dijo Paul Le Floc, primer autor del artículo y ex estudiante de posgrado en el laboratorio. Jia Liu, profesor asistente de bioingeniería en SEAS. «Este trabajo tiene el potencial de revolucionar el diseño de la bioelectrónica para grabación, estimulación neuronal e interfaces cerebro-computadora».

Le Floch es actualmente el director ejecutivo de Axoft, Inc, una empresa fundada en 2021 por Le Floch, Liu y Tianyang Ye, ex estudiante de posgrado y becario postdoctoral en grupo de parque En Harvard. Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard Protegió la propiedad intelectual asociada con esta investigación y otorgó la licencia de la tecnología a Axoft para su posterior desarrollo.

Para superar el equilibrio entre la velocidad de datos de alta resolución y la longevidad, los investigadores recurrieron a un grupo de materiales conocidos como fluoroplásticos. Los materiales fluorados, como el teflón, son flexibles y estables en fluidos biológicos, tienen un excelente rendimiento dieléctrico a largo plazo y son compatibles con técnicas de microfabricación estándar.

Los investigadores combinaron estos elastómeros dieléctricos fluorados con pilas de microelectrodos blandos (64 sensores en total) para desarrollar una sonda duradera que es 10.000 veces más blanda que las sondas flexibles tradicionales fabricadas con plásticos de ingeniería, como la poliimida o el parileno-C.

El equipo demostró el dispositivo in vivo, registrando información neuronal del cerebro y la médula espinal de ratones a lo largo de varios meses.

«Nuestra investigación destaca que al diseñar cuidadosamente varios parámetros, es posible diseñar nuevos materiales elastoméricos para interfaces neuronales estables a largo plazo», dijo Liu, autor correspondiente de este artículo. «Este estudio podría ampliar las posibilidades de diseño de interfaces neuronales».

El equipo de investigación interdisciplinario también incluyó a los profesores de SEAS Katia Bertoldi, Boris Kozinski y Zhigang Su.

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«El diseño de nuevos sensores e interfaces neuronales es un problema altamente interdisciplinario que requiere experiencia en biología, ingeniería eléctrica, ciencia de materiales e ingeniería mecánica y química», dijo Le Floc.

referencia: Le Floc P, Zhao S, Liu R, et al. Sondas neuronales in vivo 3D escalables espaciotemporalmente basadas en fluoroplásticos. Nanotecnología Nat. 2023. doi: 10.1038/s41565-023-01545-6

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