Dispositivos vestibles para células

Los dispositivos vestibles como los relojes inteligentes y los medidores de forma física y rendimiento deportivo interactúan con partes de nuestro cuerpo para hacer mediciones fisiológicas de procesos internos, como nuestro ritmo cardíaco o las fases del sueño. Ahora, unos investigadores han desarrollado dispositivos vestibles que podrían ser capaces de realizar funciones similares colocados en células individuales del interior del cuerpo humano.

El avance es obra de un equipo encabezado por Marta Airaghi Leccardi, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos.

Estos dispositivos de tamaño subcelular y sin pilas, fabricados con un polímero blando, están diseñados para envolver suavemente distintas partes de las neuronas, como axones y dendritas, sin dañar las células, tras su accionamiento inalámbrico con luz. Por sus características, podrían utilizarse para medir o modular la actividad eléctrica y metabólica de una neurona a nivel subcelular.

Dado que estos dispositivos son inalámbricos, los investigadores prevén que algún día puedan inyectarse miles de estos dispositivos diminutos y luego accionarse de forma no invasiva mediante luz.

Manipulando la dosis de luz emitida desde el exterior del cuerpo, que penetra en el tejido y acciona los dispositivos, se puede controlar con precisión la forma en que los dispositivos envuelven las células.

Recreación artística de un dispositivo vestible para células. El dispositivo, de tamaño subcelular, está diseñado para envolver suavemente pero con firmeza diferentes partes de las neuronas, como axones y dendritas, sin dañar las células. (Imagen: Pablo Penso, © Marta Airaghi. CC BY-NC-ND 3.0)

Al envolver los axones que transmiten impulsos eléctricos entre neuronas y a otras partes del cuerpo, estos dispositivos vestibles podrían ayudar a revertir parte de la degradación neuronal que se produce en enfermedades como la esclerosis múltiple. A largo plazo, los dispositivos podrían integrarse con otros materiales para crear circuitos diminutos capaces de medir y modular la actividad de células individuales.

Las células cerebrales tienen formas complejas, lo que dificulta enormemente la creación de un implante bioelectrónico que pueda ajustarse firmemente a las neuronas o a los procesos neuronales. Por ejemplo, los axones son estructuras delgadas en forma de cola que se unen al cuerpo celular de las neuronas, y su longitud y curvatura varían mucho.

Al mismo tiempo, los axones y otros componentes celulares son frágiles, por lo que cualquier dispositivo que interactúe con ellos debe ser lo bastante blando para hacer buen contacto sin dañarlos.

Para superar estos retos, los investigadores del MIT desarrollaron dispositivos de lámina delgada a partir de un polímero blando llamado azobenceno, que no daña las células que envuelve.

Debido a una transformación del material, las finas láminas de azobenceno se enrollan cuando se exponen a la luz, lo que les permite envolver las células. Los investigadores pueden controlar con precisión la dirección y el diámetro del enrollamiento variando la intensidad y la polarización de la luz, así como la forma de los dispositivos.

Las finas películas pueden formar minúsculos microtubos con diámetros inferiores a un micrómetro. Esto les permite envolver suave pero fírmemente axones y dendritas, muy curvados.

Marta Airaghi Leccardi y sus colegas exponen los detalles técnicos de su avance en la revista académica Nature Communications Chemistry, bajo el título “Light-induced rolling of azobenzene polymer thin films for wrapping subcellular neuronal structures”. (Fuente: NCYT de Amazings)