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Electrodos para la estimulación y reparación del sistema nervioso central

Un proyecto liderado por el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona del CSIC persigue la obtención de materiales electro activos nano-estructurados para desarrollar nuevos electrodos dirigidos a la estimulación y reparación del sistema nervioso central.

Células de cerebro embrionario (fragmento). Autora: N.López Sánchez.Uno de los tres proyectos es el liderado por Nieves Casañ-Pastor, profesora de investigación del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona.

Su equipo persigue la obtención de materiales electro activos nano-estructurados para desarrollar nuevos electrodos dirigidos a la estimulación y reparación del sistema nervioso central.

En el proyecto, financiado por la fundación de La Marató,  participan también los grupos dirigidos por Cristina Suñol, profesora de investigación del CSIC en el Instituto de Investigaciones Biomédicas de Barcelona (CSIC) y por la doctora Ann Rajnicek, investigadora del School of Medical Sciences, en la Universidad de Aberdeen (Escocia).

La aplicación de impulsos eléctricos externos como terapia en medicina se lleva aplicando décadas con éxito en procesos de recuperación de huesos y tejido muscular. Más recientemente, se lleva a cabo también mediante electrodos implantados, como en el tratamiento funcional de los síntomas de enfermos de Parkinson, depresión, etc.

Esta técnica se está empezando a evaluar como posible ayuda en la regeneración del tejido nervioso en lesiones traumáticas del sistema nervioso central. Se trata de un objetivo a largo plazo que requiere la coordinación de expertos en muy diversas áreas y un largo camino de investigación. Para ello, es fundamental desarrollar materiales y electrodos que sean lo menos invasivos posibles y minimicen cualquier tipo de daño celular.

Los electrodos actuales, hechos de materiales nobles como el platino, o sus aleaciones, no pueden evitar las reacciones (en las zonas de contacto con el tejido biológico) que se desencadenan al aplicar impulsos eléctricos. Simultáneamente puede ocurrir un aumento de temperatura, dependiendo de las propiedades eléctricas del material.

En ambos casos, el tejido biológico circundante, e incluso zonas alejadas, pueden acabar dañándose. Los materiales que propone el proyecto serían capaces de “amortiguar y absorber” esos efectos, y por tanto permitir la aplicación de campos eléctricos más seguros y efectivos, con una variedad de protocolos de más largo alcance.

Los investigadores proponen aplicar materiales híbridos electro-activos y bio-compatibles basados en óxido de iridio (IrOx), en polímeros conductores i nanotubos de carbono. También diseñarán los electrodos y su geometría para que permitan una aplicación localizada específica del campo eléctrico, y así optimizar sus efectos y reducir los daños al mínimo.

El proyecto utilizará técnicas de alta precisión que permitirán un control específico de la preparación de materiales y la caracterización de su superficie, ya que es en esa interfase donde el material interacciona con la membrana celular. Se prestará especial atención a los parámetros de dicha interfase, las moléculas que allí se adhieren y sus posibles cambios químicos, y los efectos de la nano-estructura del material y su carga.

Para evaluar los efectos de los electrodos, se estudiará el metabolismo celular en neuronas en cultivo en presencia y en ausencia de campos eléctricos.