Electrodos de nanotubos de carbono perciben las señales de neuronas individuales
La imagen, tomada con un microscopio de electrones, muestra un nuevo electrodo cerebral que disminuye gradualmente hasta llegar al punto de ser del grosor de sólo un nanotubo de carbono. (Crédito: Credit: Inho Yoon and Bruce Donald, Duke)
Un grupo de neurocientíficos ha desarrollado un nuevo electrodo para el cerebro que consta de un milímetro de largo, sólo unos nanómetros de ancho, y que da uso a las propiedades electromecánicas superiores de los nanotubos de carbono para capturar señales eléctricas provenientes de neuronas individuales.
“Hasta donde sabemos, esta es la primera vez se utiliza nanotubos de carbono para grabar señales de neuronas individuales, lo que llamamos grabaciones intracelulares, ya sea en rebanadas del cerebro o cerebros intactos de vertebrados”, dijo Bruce Donald, profesor de ciencia de la computación y bioquímica en Universidad Duke, quien ayudó a desarrollar la sonda.
Donald y sus colaboradores describen las sondas de nanotubos de carbono en un artículo publicado el 19 de junio en PLoS ONE (acceso abierto).
Los científicos desean estudiar señales provenientes de neuronas individuales y sus interacciones con otras células cerebrales para entender de mejor manera la complejidad computacional del cerebro.
Actualmente utilizan dos tipos principales de electrodos, metal y cristal, para grabar señales de las células cerebrales, Los electrodos de metal graban los picos de un grupo de células cerebrales y funcionan bien en animales vivos. Los electrodos de cristal también miden picos así como la efectividad de las computaciones en las células individuales, pero son delicadas y se quiebran fácilmente.
“Los nuevos nanotubos de carbono combinan las mejores características tanto de los electrodos de metal como los de cristal. Graban bien dentro y fuera de las células cerebrales, y son muy flexibles. Ya que no se rompen, los científicos pudieron utilizarlos para grabar señales provenientes de células cerebrales individuales en animales vivos”, dijo Michael Platt, quien también participó en el estudio. La nueva sonda también penetra las neuronas individuales, grabando así la señales de una célula individual en lugar de medir toda la población cercana de células.
En el pasado, otros científicos habían experimentado con sondas de nanotubos de carbono. Pero los electrodos eran demasiado gruesos, lo que causaba daño al tejido, o eran muy cortas, limitando la distancia que podían penetrar en el tejido cerebral. No les fue posible medir dentro de las neuronas individuales.
Para la fabricación de la sonda, los científicos usaron la punta de un cable de tugsteno electroquímicamente afilado como base y la extendieron con nanotubos de carbono multi-capas y auto-enredados para crear una barra de un milímetro de largo. Luego, afilaron los nanotubos hasta formar un pequeño arpón utilizando un rayo de iones focalizado en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.
Los resultados muestran que la sonda transmite señales cerebrales tan bien, y a veces mejor, que los electrodos convencionales de cristal y es menos tendiente a quebrarse en el tejido.
Las posibles aplicaciones van desde ciencia básica hasta interfases cerebro-computadoras y prótesis cerebrales.
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