Bioelectrodos más eficaces para futuros tratamientos médicos

El cuerpo humano se sirve de la electricidad para emitir señales y pulsos nerviosos y, por ello, la aplicación de técnicas basadas en mejorar esta interacción ha cobrado interés a la hora de buscar nuevas herramientas terapéuticas y diagnósticas para diversos tipos de enfermedades. De este modo, las técnicas mediante bioelectrodos han cobrado gran relevancia.

Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en España lideran un estudio que muestra las ventajas de utilizar estructuras diferentes del convencional bioelectrodo plano para poder obtener el mejor rendimiento posible de cara a futuros tratamientos de medicina regenerativa, especialmente en la recuperación de células neuronales. Fruto de este estudio, los investigadores del Instituto de Micro y Nanotecnología (IMN) han patentado un dispositivo miniaturizado para la estimulación eléctrica in vitro basado en nanocolumnas y actualmente se encuentran a la búsqueda de socios industriales.

El trabajo de investigación, realizado por un equipo encabezado por Sahba Mobini, investigadora del IMN, ha permitido determinar que los bioelectrodos con una estructura formada por nanocolumnas metálicas tienen un comportamiento electroquímico superior frente a los electrodos convencionales en un medio fisiológico que simula las condiciones del cuerpo humano. A partir de tres tipos de electrodos biocompatibles (de titanio, de oro y de platino) se ha comprobado que la estructura de nanocolumnas permite una mayor capacidad de almacenamiento de carga y transfiere las señales eléctricas de manera más precisa. “Estos electrodos permiten inyectar una corriente eléctrica más que suficiente, utilizando un voltaje menor que el que precisan los electrodos planos, algo de vital importancia para evitar exponer a células y tejidos a un voltaje que pueda resultar dañino”, expone la investigadora.

Imágenes microscópicas de bioelectrodos con nanocolumnas de titanio, oro y platino. (Imágenes: CSIC)

En el IMN, Mobini lidera un proyecto que investiga el papel de la estimulación eléctrica en células neuronales para su aplicación en medicina regenerativa. “Nuestro objetivo es recuperar las células que sufren lesiones neuronales producidas después de un acontecimiento traumático, como puede ser el caso de un accidente cerebrovascular, a través de la estimulación eléctrica. Para ello, nos servimos de estos bioelectrodos nanocolumnares, que se encargan de entregar la electricidad a las células neuronales”, explica la investigadora.

La aplicación de electrodos para tratamientos médicos se ha convertido en un recurso habitual. Por ejemplo, para enfermedades neurodegenerativas como el Mal de Parkinson se utilizan terapias eléctricas, pero su uso no solo se restringe a estos casos; también se recurre a los bioelectrodos para restaurar las funciones motoras gracias a la estimulación de las células del cerebro y la médula espinal. Otras aplicaciones actuales son el tratamiento del dolor crónico y el control de interfaces entre computadora y humano en el caso de prótesis robóticas.

Con el fin de poder evaluar una futura aplicación en implantes neuronales, los bioelectrodos fueron sometidos a diversas pruebas para comprobar su durabilidad dentro del cuerpo humano, teniendo que enfrentarse, sobre todo, a las reacciones oxidativas. Los resultados confirman que las nanocolumnas de oro y platino no presentan apenas cambios después de un año de envejecimiento en condiciones simuladas.

Otro de los atractivos del trabajo es que, para la fabricación de los bioelectrodos, se ha recurrido a la técnica de pulverización catódica o sputtering en configuración oblicua, un método físico que permite la vaporización de los átomos de una estructura sólida mediante el bombardeo de iones energéticos para dar como resultado nanocolumnas.

Sobre el sputtering, el investigador José Miguel García-Martín, que también ha participado en el estudio, comenta: “Los métodos químicos son baratos, pero implican tener que lidiar con el reciclaje de muchos materiales, y las técnicas de litografía en la nanoescala te permiten obtener electrodos con nanoestructuras muy iguales, pero con un coste muy elevado, por lo que al final solo se emplean para estudios de ciencia básica. La pulverización catódica nos permite trabajar con un coste barato y sostenible, y de manera no contaminante, además de ser una técnica escalable”.

Mobini y sus colegas exponen los detalles técnicos de su innovación en la revista académica Nanoscale, bajo el título “Effects of nanostructuration on the electrochemical performance of metallic bioelectrodes”. (Fuente: Lucía Casas / CSIC)