Los investigadores han utilizado una novedosa técnica de fabricación para crear un sensor personalizable y mínimamente invasivo que puede registrar de forma inalámbrica la actividad cerebral profunda con una resolución de una o dos neuronas. El dispositivo tiene aplicaciones potenciales en una amplia gama de afecciones neurológicas, como la epilepsia resistente al tratamiento, la enfermedad de Parkinson y el dolor crónico.
Un método de referencia utilizado en una amplia variedad de trastornos neurológicos, como la epilepsia resistente al tratamiento y la enfermedad de Parkinson, es la estereoelectroencefalografía (SEEG), en la que electrodos implantados registran la actividad cerebral y/o proporcionan estimulación eléctrica directa a regiones específicas del cerebro. Sin embargo, muchos conjuntos de electrodos que se utilizan actualmente en el entorno clínico tienen una resolución espacial limitada y no pueden registrar poblaciones neuronales pequeñas y discretas, y mucho menos neuronas individuales.
Investigadores dirigidos por un equipo del Laboratorio de Electrónica Integrada y Biointerfaces (IEBL) de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego han subido la apuesta con un sensor cerebral que podría cambiar las reglas del juego. Inalámbrico, personalizable, mínimamente invasivo y una fracción del ancho de un cabello humano, el dispositivo puede proporcionar grabaciones de alta resolución desde lo más profundo del cerebro, así como proporcionar estimulación eléctrica terapéutica.
“Los nuevos electrodos de profundidad combinan dos características únicas: la resolución mucho mayor de los contactos de registro combinada con la capacidad de estimulación, lo que mejoraría nuestra capacidad para comprender (y potencialmente tratar/cambiar) los circuitos neuronales en partes del cerebro a las que no se puede acceder por superficie o interfaz penetrante”, dijo el coautor del estudio Ahmed Raslan. “Este nuevo electrodo es una interfaz neuronal de plataforma que puede leer y escribir en el cerebro en entornos experimentales y clínicos; como tal, los usos y aplicaciones potenciales son ilimitados”.
La clave de las capacidades del dispositivo de microesteroelectroencefalografía (μSEEG) es su proceso de fabricación único, derivado de tecnologías existentes utilizadas para fabricar pantallas digitales. Las sondas son «monolíticas»: los componentes individuales se apilan uno encima del otro para crear una única unidad cohesiva, lo que elimina la necesidad de ensamblar cables adicionales para realizar grabaciones. También significa que la sonda tiene sólo 15 micrones de espesor, aproximadamente una quinta parte del ancho de un cabello humano, y 1,2 mm de ancho. Su pequeño tamaño minimiza el daño al tejido cerebral durante la inserción y extracción.
David Baillot/UC San Diego
“Desarrollamos un método de fabricación completamente diferente para los electrodos de película delgada que pueden alcanzar estructuras cerebrales profundas, a una profundidad necesaria por razones terapéuticas, lo que permite una producción de electrodos reproducible, personalizable y de alto rendimiento, pero con una alta resolución espacial y recuento de canales a pesar de un cuerpo de electrodo más delgado”, dijo Shadi Dayeh, autor correspondiente del estudio. «Además, la inserción de electrodos es compatible con las técnicas quirúrgicas existentes en el quirófano, lo que reduce la barrera para su adopción en los procedimientos clínicos».
Los investigadores crearon µSEEG de diferentes longitudes para su uso en animales pequeños y grandes y en humanos: una versión de 32 electrodos con una longitud de registro de 1,92 mm, una versión de 64 electrodos de 3,8 mm y una versión de 128 electrodos de 7,65 mm para acceder a zonas más profundas del cerebro. estructuras. Al probar sus dispositivos en cerebros de ratas, cerdos y primates no humanos a corto y largo plazo y a diferentes profundidades, descubrieron que podía registrar a una profundidad de 10 cm (4 pulgadas), incluido el registro de la actividad de neuronas individuales y múltiples. .
Lee y cols.
El µSEEG también se probó en dos pacientes programados para una cirugía para extirpar un tumor cerebral. Durante la cirugía, los investigadores insertaron su dispositivo en el tejido cerebral que estaba a punto de ser extirpado. Aunque las grabaciones fueron breves (10 minutos), el dispositivo detectó actividad neuronal espontánea en curso. Los SEEG convencionales suelen tener entre ocho y 16 electrodos. Si bien su dispositivo más grande tiene 128, los investigadores planean ampliar ese número a miles, mejorando drásticamente la capacidad de los médicos para obtener y analizar señales cerebrales con una resolución más alta.
Los investigadores dicen que la nueva tecnología será particularmente útil para pacientes epilépticos sometidos a seguimiento de la actividad convulsiva.
«Actualmente, [epileptic] Los pacientes que se someten a este tipo de evaluación permanecen en el hospital durante la duración del estudio, donde intentamos capturar dónde se originan sus convulsiones únicas durante un período de tiempo que generalmente dura de 7 a 21 días”, dijo Sharona Ben-Haim, investigadora del estudio. coautor. “Durante este tiempo, los pacientes están atados a sus camas de hospital mediante los cables del sistema de electrodos clínicos actual. Esta nueva tecnología tiene la capacidad de permitirnos enviar a estos pacientes a casa, liberándolos de una larga estadía en el hospital y potencialmente permitiéndonos registrar durante períodos de tiempo más largos y obtener información más sólida para ayudarnos, en última instancia, a tratar sus convulsiones con más precisión y resolución que antes era posible.”-
David Baillot/UC San Diego
Si bien el estudio publicado solo informa datos de registro cerebral, el µSEEG también incluye 16 contactos de estimulación diseñados para proporcionar estimulación eléctrica en ubicaciones precisas del cerebro. Actualmente, los investigadores están utilizando su enfoque escalable de fabricación de películas delgadas para desarrollar una interfaz cerebro-computadora que registre la actividad cerebral y proporcione estimulación eléctrica terapéutica.
Más allá de la epilepsia resistente al tratamiento, los investigadores dicen que µSEEG tiene una amplia gama de aplicaciones potenciales, incluida la ayuda a personas con enfermedad de Parkinson, trastornos del movimiento, TOC, obesidad, depresión resistente al tratamiento y dolor crónico.
«No tengo ninguna duda de que esto nos ayudará a comprender mucho mejor la función cerebral normal y la patología y conducirá a nuevas formas de ayudar a las personas que padecen epilepsia y una variedad de otras afecciones neurológicas», dijo Sydney Cash, coautor del estudio. -autor.
El estudio fue publicado en la revista Comunicaciones de la naturalezay el vídeo a continuación, producido por la Escuela de Ingeniería Jacobs, explica cómo se fabrica y utiliza el µSEEG.
Transformando el registro clínico de la actividad cerebral profunda con una nueva visión de la fabricación de sensores
Fuente: UC San Diego
