Escamas de grafeno para controlar la actividad de las neuronas

Como en una novela de ciencia ficción, minúsculas naves espaciales capaces de llegar a un sitio específico del cerebro e influir en el funcionamiento de determinados tipos de neuronas o en la administración de drogas, las escamas de grafeno, objeto del nuevo estudio del grupo de la profesora de SISSA Laura Ballerini, abren horizontes verdaderamente futuristas.

Junto con la investigadora, Rossana Rauti, Ballerini es la responsable del estudio recientemente publicado en la revista "Nano Letters". Estas partículas, que miden tan sólo una millonésima de metro, han demostrado ser capaces de interferir en la transmisión de la señal en las uniones sinápticas neuronales excitadoras. Además, el estudio ha demostrado que lo hacen de forma reversible, ya que desaparecen sin dejar rastro a los pocos días de haber sido administradas. Investigación básica que, gracias a esta evidencia positiva, podría iniciar nuevos estudios, orientados a investigar los posibles efectos terapéuticos para el tratamiento de problemas, como la epilepsia, en los que se registra un exceso de actividad de las neuronas excitadoras o a estudiar formas innovadoras de transporte de sustancias terapéuticas in situ.

La investigación, realizada en asociación con las universidades de Trieste, Manchester y Estrasburgo, se lleva a cabo en el marco del Graphene Flagship, el importante proyecto de financiación de la Unión Europea, que tiene por objeto investigar el potencial del grafeno en las más diversas esferas de aplicación, desde las biomédicas hasta las industriales.

Escamas de grafeno influyendo en las neuronas y sus comunicaciones. (Crédito: Denis Scaini)

Interferencia del grafeno en la sinapsis de las neuronas

"Observamos que, en modelos in vitro, estos pequeñas escamas interferían con la transmisión de las señales de una neurona hacia otra actuando en zonas específicas llamadas sinapsis, que son cruciales para el funcionamiento de nuestro sistema nervioso", explican Ballerini y Rauti. "Lo interesante es que su acción es selectiva en sinapsis específicas, es decir, aquellas formadas por neuronas que en nuestro cerebro tienen el papel de excitar (activar) sus neuronas objetivo. Queríamos entender si esto es cierto no solo en los experimentos in vitro sino también dentro de un organismo, con todo el potencial variable y la complejidad que se deriva de ello". El resultado fue más que positivo.

"En nuestros modelos analizamos la actividad del hipocampo, un área específica del cerebro, inyectando las escamas en ese sitio. Lo que vimos, gracias a los trazadores fluorescentes, es que las partículas se insinúan efectivamente solo dentro de las sinapsis de las neuronas excitadoras. De esta manera, interfieren con la actividad de estas células. Además, lo hacen con un efecto reversible: después de 72 horas, los mecanismos fisiológicos de limpieza del cerebro eliminan completamente todas las escamas.

El interés del procedimiento, explican los investigadores, radica también en el hecho de que las escamas son aparentemente bien toleradas una vez inyectadas en el organismo: "La respuesta inflamatoria y la reacción inmunológica han demostrado ser menores que la registrada al administrar una solución salina simple. Esto es muy importante para posibles fines terapéuticos".

La especificidad de la acción de las escamas, explicaron los investigadores, residiría en el tamaño de las partículas utilizadas. No pueden ser más grandes o más pequeñas que las adoptadas para este estudio (que midió aproximadamente 100-200 nanómetros de diámetro): "El tamaño es probablemente la raíz de la selectividad: si los copos son demasiado grandes no pueden penetrar en la sinapsis, que son áreas muy estrechas entre una neurona y otra. Si son demasiado pequeños, es de suponer que al final simplemente se eliminan; en ambos casos no se observaron efectos en las sinapsis". La investigación explorará ahora los posibles desarrollos de este descubrimiento, con un posible horizonte terapéutico de claro interés para diferentes patologías. (Fuente: NCYT Amazings)