Implantes neurales para modular con alta precisión microestructuras del cerebro

Las investigaciones actuales están dando cada vez más información sobre la gran diversidad de estructuras y funciones del cerebro. Existen estructuras clave en el cerebro que regulan las emociones, la memoria, los movimientos físicos y muchas otras cosas. Tales estructuras pueden tener una enorme variedad de formas y tamaños y todas pueden estar físicamente cerca entre sí. Las disfunciones en estas estructuras y en los circuitos que las enlazan son causas habituales de muchas enfermedades neuropsiquiátricas y neurológicas. Por ejemplo, la substantia nigra (sustancia negra) tiene solo unos pocos milímetros de tamaño y sin embargo es crucial para los movimientos corporales y su coordinación. La destrucción de sus neuronas es lo que causa los síntomas motores del Mal de Parkinson.

Las nuevas tecnologías como la optogenética han permitido identificar microestructuras similares en el cerebro. Sin embargo, estas técnicas requieren inyectar líquidos en el interior del cerebro, los cuales preparan las regiones a ser estudiadas para responder ante la luz. Estas inyecciones se hacen con agujas largas, que no poseen un control fino suficiente para alcanzar regiones específicas.

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Las terapias clínicas también se han quedado atrás. Los nuevos tratamientos farmacológicos dirigidos a combatir enfermedades como la de Parkinson se suministran oralmente, lo que resulta en una distribución del fármaco muchísimo menos concentrada de lo que sería idóneo, o mediante grandes cánulas, que tampoco tienen el control fino capaz de proporcionar dosis con precisión a regiones específicas. Como resultado de todo ello, los pacientes de trastornos neurológicos y psiquiátricos no logran a menudo beneficiarse debidamente de las terapias por culpa de un suministro inadecuado de los fármacos a las regiones enfermas.

Un nuevo estudio apunta a una posible solución para estos problemas. El equipo de Khalil Ramadi, Michael Cima, Robert Langer y Ann Graybiel, los cuatro del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, ha desarrollado herramientas para permitir el suministro preciso de nanolitros de fármacos a las estructuras cerebrales profundas a través de microsondas implantadas de forma crónica. También han desarrollado técnicas de visualización usando tomografía de emisión de positrones para medir el volumen de la región cerebral abarcada por cada inyección.

Las sondas MiNDS desarrolladas en el MIT causan un daño mínimo en el tejido cerebral. Esta imagen muestra una mínima cicatrización del tejido (manchas verdes y rojas) y el crecimiento de neuronas sanas (púrpura) rodeando un implante. (Imagen: Khalil Ramadi)

Los investigadores consiguieron asimismo diseñar cánulas que son compatibles con sistemas de resonancia magnética y que permanecieron implantadas hasta un año en ratas. La implantación de estas cánulas con microbombas permitió a los investigadores controlar de forma remota el comportamiento de los animales. De manera significativa, hallaron que la sola variación del volumen abarcado por la inyección ya tenía un profundo efecto en el comportamiento inducido, incluso si la dosis total de fármaco suministrado permanecía constante.

La nueva tecnología podría permitir hacer investigaciones mucho más precisas de las patologías de enfermedades neurológicas en modelos preclínicos, y aplicar tratamientos en los cerebros de pacientes humanos con una eficacia notablemente más alta.

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