Un equipo de investigadores del Instituto Harvard Wyss ha desarrollado un andamio de hidrogel suave que puede funcionar como un electrodo vivo para aplicaciones de interfaz cerebro-computadora. Los investigadores utilizaron materiales conductores de electricidad y crearon un andamio poroso y flexible mediante un proceso de liofilización. Luego sembraron el andamio con células progenitoras neurales (NPC) humanas y cultivaron los andamios durante períodos prolongados, lo que provocó que las células se diferenciaran en una variedad de neuronas y astrocitos. Los investigadores esperan que el "electrodo vivo" resultante pueda ser útil para las interfaces cerebro-computadora, ya que su naturaleza suave y flexible le ayudará a adaptarse a los tejidos neuronales blandos y su carga celular ayudará a mejorar su biocompatibilidad y eficacia potencial.
El andamio consta de un hidrogel blando (gris) que contiene nanotubos de carbono (azul) y escamas de grafeno (rojo) como materiales conductores para transmitir impulsos eléctricos por todo el andamio. Crédito: Instituto Wyss de la Universidad de Harvard
Las interfaces cerebro-computadora son enormemente prometedoras a la hora de desbloquear resultados terapéuticos que habrían parecido ciencia ficción hace apenas unos años. Desde controlar las sillas de ruedas con la mente hasta devolver la vista a los ciegos, las oportunidades para mejorar el bienestar del paciente son enormes. Sin embargo, la tecnología todavía tiene un camino por recorrer y, a primera vista, las máquinas y el cuerpo humano no son una combinación perfecta. Los electrodos de interfaz en tales sistemas generalmente están hechos de metal y son rígidos, los cuales no ayudan a la tecnología a interactuar de forma no invasiva con tejidos neurales delicados.
Estos investigadores se propusieron crear un electrodo que no sólo fuera flexible, sino que también estuviera cubierto de células neuronales vivas, y se basa en el concepto de que el tejido vivo probablemente sea el material más biocompatible para interactuar con otros tejidos vivos. Los investigadores también concibieron que el material cargado de células transmitía impulsos eléctricos de forma más natural a través del contacto entre células.
"Este andamio conductor a base de hidrogel tiene un gran potencial", dijo Christina Tringides, investigadora involucrada en el estudio. "No sólo se puede utilizar para estudiar la formación de redes neuronales humanas in vitro, sino que también podría permitir la creación de BCI biohíbridos implantables que se integren más perfectamente con el tejido cerebral de un paciente, mejorando su rendimiento y disminuyendo el riesgo de lesiones".
Para crear sus andamios, los investigadores utilizaron un hidrogel de alginato y agregaron algunos nanomateriales de carbono para la conductividad eléctrica antes de un paso final de liofilización. El proceso de liofilización crea cristales de hielo en el material que luego se subliman durante la liofilización, dejando muchos poros en los que las células pueden entrar y vivir. Sembraron los andamios con células progenitoras neurales, que luego se diferenciaron en células neurales más maduras durante un período de cultivo prolongado.
"La diferenciación exitosa de los NPC humanos en múltiples tipos de células cerebrales dentro de nuestros andamios es la confirmación de que el hidrogel conductor les proporciona el tipo de entorno adecuado para crecer in vitro", dijo Dave Mooney, otro investigador involucrado en el estudio. "Fue especialmente emocionante ver la mielinización en los axones de las neuronas, ya que su replicación en modelos vivos del cerebro ha sido un desafío continuo".
Estudio publicado en la revista Advanced Healthcare Materials : Andamios de hidrogel conductor sintonizables para la diferenciación de células neuronales