Estimulación nerviosa con ayuda de minicélulas solares implantables
La tecnología permite realizar tipos de implantes completamente nuevos
Un equipo internacional de investigación ha desarrollado y probado con éxito un concepto en el que los nervios se estimulan con pulsos de luz. El método ofrece considerables ventajas para la medicina y abre un amplio abanico de posibles aplicaciones.
Un tipo de implante completamente nuevo: una película de pigmento muy fina y sensible a la luz, por ejemplo para estimular las células nerviosas.
© Lunghammer – TU Graz
La tecnología permite utilizar implantes completamente nuevos para estimular las células nerviosas y fue desarrollada en un esfuerzo conjunto por investigadores de la Universidad Tecnológica de Graz (TU Graz), la Universidad Médica de Graz (Med Uni Graz), la Universidad de Zagreb y el CEITEC checo. La base de esta tecnología son los pigmentos de color de la industria alimentaria, como los utilizados en las células solares orgánicas. Los pigmentos se depositan en forma de vapor para formar una capa de unos pocos nanómetros de grosor, donde convierten la luz en carga eléctrica, igual que en las células solares orgánicas. Las células nerviosas que se adhieren a la película (nota: primero se pipetean en la película y crecen en ella) reaccionan a esta carga y, a su vez, disparan impulsos eléctricos con los que estimulan otras células nerviosas.
Los investigadores han podido demostrar ahora este proceso por primera vez en experimentos de biología celular. Células nerviosas cultivadas directamente sobre la lámina fueron estimuladas con varios destellos de luz de unos pocos milisegundos de longitud de onda de 660 nanómetros (luz roja) y reaccionaron como se esperaba. Generaron los llamados potenciales de acción, esenciales para la comunicación entre las células nerviosas. Los investigadores han publicado los resultados de sus mediciones electrofisiológicas y simulaciones por ordenador en la revista científica Advanced Materials Technologies.
Cambio de paradigma: de los electrodos metálicos a las láminas flexibles
La autora correspondiente, Theresa Rienmüller, del Instituto de Ingeniería Sanitaria de la Universidad Técnica de Graz, habla de un cambio de paradigma: "En contraste con la actual electroestimulación habitual mediante electrodos metálicos, nuestras películas de pigmentos representan una forma completamente nueva de estimular las células nerviosas". Las películas son tan finas que pueden implantarse fácilmente. Durante el tratamiento, las células nerviosas se irradian con luz roja, que puede penetrar profundamente en el cuerpo sin causar daños. "Creemos que los tratamientos a corto plazo pueden producir efectos terapéuticos a largo plazo. Estos experimentos se están investigando actualmente", afirma Rainer Schindl, electrofisiólogo de la División de Biofísica de la Med Uni Graz y supervisor del proyecto.
En el futuro, por tanto, ya no sería necesario un complejo cableado, lo que a su vez reduce el riesgo de infección tras procedimientos invasivos, ya que no habría que sacar más tubos o cables del cuerpo al exterior. Gracias a su naturaleza orgánica, las películas de pigmentos son muy bien toleradas por las células humanas y animales.
Ámbitos de aplicación polifacéticos
Los investigadores ven posibles aplicaciones en lesiones cerebrales graves. En este caso, la estimulación de las células nerviosas puede acelerar el proceso de curación y evitar complicaciones al "impedir que las células nerviosas mueran", afirma el primer autor, Tony Schmidt, de la División de Biofísica de la Universidad Médica de Graz. Los investigadores también ven posibilidades en otras lesiones neurológicas o en la terapia del dolor. Además, la tecnología podría utilizarse para crear nuevos tipos de implantes de retina.
Es necesario seguir investigando antes de que la película de pigmento llegue a tener un uso clínico. Esto se está haciendo en el marco de un grupo de jóvenes investigadores independientes financiado por el Fondo Austriaco para la Ciencia (título: LOGOS-TBI: Implante de semiconductores orgánicos controlados por luz para mejorar la regeneración tras una lesión cerebral traumática). Rienmüller, Schindl y Schmidt confían en que "las primeras películas de pigmentos puedan implantarse en los próximos dos años".
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Publicación original
Schmidt, T., Jakešová, M., Đerek, V., Kornmueller, K., Tiapko, O., Bischof, H., Burgstaller, S., Waldherr, L., Nowakowska, M., Baumgartner, C., M. Üçal, , Leitinger, G., Scheruebel, S., Patz, S., Malli, R., Głowacki, E. D., Rienmüller, T., Schindl, R., Light Stimulation of Neurons on Organic Photocapacitors Induces Action Potentials with Millisecond Precision. Adv. Mater. Technol. 2022, 2101159.
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