Un estudio publicado en Nature Nanotechnology muestra que las sondas cerebrales flexibles fabricadas con microtransistores de grafeno pueden registrar señales cerebrales patológicas asociadas a la epilepsia.
La capacidad de grabar y cartografiar todo el rango de señales cerebrales mediante sondas electrofisiológicas es un gran avance para la comprensión de las enfermedades cerebrales y su tratamiento. Sin embargo, las tecnologías actuales son limitadas en su capacidad para obtener con precisión y alta fidelidad espacial las señales cerebrales ultra-lentas. En un artículo publicado hoy en Nature Nanotechnology, un equipo internacional de investigadores presenta una sonda neuronal flexible fabricada con transistores de efecto de campo basados en grafeno (Field-Effect Transistor o FET, en inglés), capaz de grabar todo el espectro de señales cerebrales, incluidas las de más baja frecuencia. Esto demuestra la capacidad de estos dispositivos para detectar con alta fidelidad las marcas electrográficas propias del cerebro epiléptico.
La epilepsia es el trastorno cerebral grave más frecuente, y hasta el 30% de las personas que lo padecen no pueden controlar las crisis con los fármacos antiepilépticos tradicionales. Para los pacientes que no responden a los fármacos, la cirugía de la epilepsia puede ser una opción viable. La extirpación quirúrgica de la zona del cerebro donde se inician las crisis podría evitarlas. Sin embargo, el éxito de esta cirugía depende de que se identifique de forma precisa la zona a extirpar. Las señales epilépticas abarcan una amplia gama de frecuencias, mucho más amplia que la banda monitorizada por el electroencefalograma (EEG) convencional. Los biomarcadores electrográficos para determinar la zona de inicio de las crisis incluyen oscilaciones muy rápidas, así como actividad ultra-lenta y desplazamientos de corriente continua. Estos últimos, en particular, pueden proporcionar información muy relevante asociada al inicio de las crisis, pero rara vez se utilizan debido a las limitaciones de los electrodos disponibles para detectar este tipo de señales cerebrales. La aplicación de la nueva tecnología permitirá a la comunidad investigadora entender el papel de las oscilaciones ultra-lentas en la susceptibilidad de sufrir una crisis epiléptica, así como mejorar la detección de biomarcadores electrofisiológicos clínicamente relevantes asociados a la enfermedad.
La sonda neuronal de profundidad desarrollada con grafeno por los autores del trabajo consiste en una matriz lineal de unos milímetros de longitud hecha de microtransistores incrustados en un sustrato polimérico flexible de micrómetros de espesor. Estos dispositivos flexibles se implantaron en modelos animales pequeños que presentaban convulsiones y epilepsia. Los dispositivos implantados proporcionaron durante semanas un registro de las señales cerebrales epilépticas con un gran ancho de banda y una resolución espacial extraordinaria. Además, las pruebas exhaustivas de biocompatibilidad crónica confirmaron que no hubo daños significativos en los tejidos ni inflamación neuronal, lo que se atribuye a la biocompatibilidad de los materiales utilizados, incluido el grafeno, y a la naturaleza flexible del dispositivo.
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La futura traslación clínica de esta tecnología ofrece la posibilidad de identificar y delimitar con mayor precisión las zonas del cerebro responsables de la aparición de las crisis antes de la intervención quirúrgica. Esto permitiría realizar resecciones menos extensas y obtener mejores resultados. Por extensión, esta tecnología también puede aplicarse para mejorar la comprensión de otras enfermedades neurológicas asociadas a señales cerebrales ultra-lentas, como las lesiones cerebrales traumáticas, los accidentes cerebrovasculares y la migraña.
Este trabajo ha sido liderado por el Prof. ICREA Jose A. Garrido, Jefe del Grupo ICN2 de Materiales y Dispositivos Electrónicos Avanzados, el Dr. Anton Guimerà-Brunet, del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC), y el Dr. Rob Wykes, de la University College London Queen Square Institute of Neurology (Reino Unido) y el Nanomedicine Lab de la University of Manchester (Reino Unido). El primer autor del artículo es el Dr. Andrea Bonaccini Calia, que hasta hace poco fue miembro del grupo encabezado por el Prof. Garrido. Este trabajo se ha realizado en el marco del Proyecto Europeo Graphene Flagship. La investigación se ha beneficiado de colaboraciones multidisciplinares y ha recibido valiosas contribuciones del personal investigador del Nanomedicine Lab de la University of Manchester (Reino Unido), la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) y g.tec medical engineering GmbH (Austria).
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