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La estimulación cerebral profunda (ECP) es un tratamiento médico estándar en el que se colocan electrodos en zonas específicas del cerebro para ayudar en afecciones como la enfermedad de Parkinson y el trastorno obsesivo-compulsivo. Aunque funciona bien, la cirugía puede ser complicada y arriesgada, por lo que no siempre se utiliza.
Unos nuevos discos magnéticos diminutos ofrecen una forma más segura de conseguir efectos similares.
Desarrollados por científicos del MIT, los nanodiscos magnéticos ofrecen una forma menos invasiva de estimular partes del cerebro. Según los científicos, esto podría conducir a terapias de estimulación sin implantes ni modificaciones genéticas.
Estos minúsculos discos tienen unos 250 nanómetros de diámetro (aproximadamente 1/500 de la anchura de un cabello humano). Según los científicos, pueden inyectarse directamente en el lugar del cerebro que se desee. A partir de ahí, podrían activarse en cualquier momento simplemente aplicando un campo magnético fuera del cuerpo.
Las nuevas partículas podrían encontrar rápidamente aplicaciones en la investigación biomédica y, tras las pruebas pertinentes, podrían llegar a utilizarse en entornos clínicos.
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| Nanodiscos magnetoeléctricos para neuromodulación. Crédito: Ye Ji Kim et al |
Los científicos pensaron que un material magnetoeléctrico único podría ayudar a estimular el cerebro a distancia mediante imanes. Sin embargo, crear este diminuto material fue todo un reto. Sintetizaron nuevos nanodiscos magnetoeléctricos y trabajaron con Noah Kent, un posdoctorando con formación en física, para estudiar sus propiedades.
Estos nanodiscos tienen un diseño de dos capas: un núcleo magnético y una capa piezoeléctrica. Cuando se magnetiza, el núcleo magnético puede cambiar de forma, creando tensión en la capa piezoeléctrica. Esta tensión genera señales eléctricas que pueden estimular las neuronas cuando los nanodiscos se exponen a campos magnéticos.
La forma de los discos es crucial para su eficacia. A diferencia de intentos anteriores con partículas magnéticas redondas, estos nanodiscos en forma de disco multiplican por más de 1.000 el efecto magnetoeléctrico.
Los investigadores probaron primero los nanodiscos en neuronas cultivadas, activándolas con éxito mediante breves pulsos magnéticos sin necesidad de cambios genéticos.
A continuación, inyectaron los nanodiscos en zonas específicas del cerebro de ratones. Encendiendo un electroimán débil cercano, podían activar los nanodiscos para liberar pequeñas sacudidas eléctricas en esas zonas cerebrales. Esta estimulación podía controlarse fácilmente a distancia encendiendo y apagando el electroimán.
Kim explica: «Esta es la región en la que normalmente se implantan electrodos para tratar la enfermedad de Parkinson».
Los investigadores utilizaron con éxito los nanodiscos para modular el control motor. Al inyectarlos en un lado del cerebro, pudieron hacer que ratones sanos rotaran cuando se les aplicaba un campo magnético.
Los nanodiscos desencadenaron una actividad neuronal similar a la de los electrodos tradicionales implantados, proporcionando una leve estimulación eléctrica. Lograron un tiempo de estimulación muy preciso y experimentaron mucha menos respuesta de cuerpo extraño que con los electrodos, lo que podría hacer más segura la estimulación cerebral profunda.
La precisión de la estimulación se debió a la composición química multicapa única y a la forma y tamaño específicos de los nanodiscos.
Polina Anikeeva, catedrática de los Departamentos de Ciencia e Ingeniería de Materiales y Ciencias Cognitivas y del Cerebro del MIT, declaró: «Aunque los investigadores consiguieron aumentar el efecto magnetostrictivo, la segunda parte del proceso, convertir el efecto magnético en una salida eléctrica, aún necesita más trabajo. Aunque la respuesta magnética fue mil veces mayor, la conversión en un impulso eléctrico fue sólo cuatro veces mayor que con las partículas esféricas convencionales».
Según Kim, «esta mejora masiva de mil veces no se tradujo completamente en la mejora magnetoeléctrica. Ahí es donde se centrará gran parte del trabajo futuro: en asegurarse de que la amplificación de mil veces en la magnetostricción pueda convertirse en una amplificación de mil veces en el acoplamiento magnetoeléctrico.»
Noah Kent, postdoctorando en el laboratorio de Anikeeva con formación en física, dijo: «En cuanto a la manera en que la forma de las partículas afecta a su magnetostricción, fue bastante inesperado. Es algo nuevo que apareció cuando intentábamos averiguar por qué estas partículas funcionaban tan bien».
Traducción realizada con la versión gratuita del traductor DeepL.com