Neuronas artificiales capaces de interactuar con nervios de animales vivos

Unos científicos han creado una neurona orgánica artificial que imita fielmente las características de las células nerviosas biológicas. Esta neurona artificial puede estimular nervios naturales, lo que la convierte en una tecnología prometedora para diversos usos médicos en el futuro.

La labor de investigación y desarrollo para obtener células nerviosas artificiales cada vez más funcionales continúa a buen ritmo en el Laboratorio de Electrónica Orgánica de la Universidad de Linköping en Suecia. En 2022, un equipo de científicos dirigido por Simone Fabiano demostró cómo una neurona orgánica artificial podía integrarse en una planta carnívora viva para controlar la apertura y el cierre de sus fauces. Esta neurona sintética cumplía 2 de las 20 características neuronales que caracterizan a las células nerviosas biológicas.

En su último estudio, el mismo equipo ha desarrollado una nueva célula nerviosa artificial que técnicamente puede definirse como una neurona electroquímica orgánica basada en la conductancia. Esta neurona artificial reproduce fielmente 15 de los 20 rasgos neuronales que caracterizan a las células nerviosas biológicas, por lo que su funcionamiento es mucho más similar al de las células nerviosas naturales.

Uno de los principales retos a la hora de crear neuronas artificiales que emulen con eficacia las neuronas biológicas reales es la capacidad de incorporar la modulación iónica. Las neuronas artificiales tradicionales hechas de silicio pueden emular muchas características neuronales, pero no pueden comunicarse a través de iones. En cambio, las nuevas neuronas artificiales del equipo de Fabiano y Padinhare Cholakkal Harikesh sí utilizan iones.

En la nueva neurona artificial, los iones se utilizan para controlar el flujo de corriente eléctrica a través de un polímero conductor especial, lo que provoca picos en el voltaje del dispositivo. Este proceso es similar al que se produce en las células nerviosas biológicas. El singular material de la célula nerviosa artificial también permite aumentar y disminuir la corriente en una curva en forma de campana casi perfecta que se asemeja muchísimo a la activación e inactivación de los canales iónicos de sodio existentes en estructuras biológicas.

Padinhare Cholakkal Harikesh, del equipo de investigación y desarrollo, trabajando en la fabricación de los transistores químicos empleados en las nuevas neuronas artificiales. (Foto: Thor Balkhed)

En experimentos realizados en colaboración con el Instituto Karolinska de Suecia, se conectaron neuronas artificiales de la nueva clase al nervio vago de unos ratones. Los resultados muestran que la neurona artificial podía estimular los nervios de los ratones, provocando un cambio del 4,5% en su ritmo cardíaco.

El hecho de que la neurona artificial pueda estimular al nervio vago podría, a largo plazo, abrir un camino hacia la creación de neuronas artificiales de uso médico, para diversos tratamientos neurológicos.

Fabiano y sus colegas exponen los detalles técnicos de su avance en la revista académica Nature Materials, bajo el título “Ion-tunable antiambipolarity in mixed ion-electron conducting polymers enables biorealistic organic electrochemical neurons”. (Fuente: NCYT de Amazings)