Un equipo dirigido por ingenieros de la Universidad de California en San Diego ha desarrollado nanocables que pueden registrar la actividad eléctrica de las neuronas con gran detalle. La nueva tecnología de nanocables podría algún día servir como plataforma para detectar fármacos para detectar enfermedades neurológicas y podría permitir a los investigadorespara comprender mejor cómo se comunican las células individuales en grandes redes neuronales.
"Estamos desarrollando herramientas que nos permitirán profundizar en la ciencia de cómo funciona el cerebro", dijo Shadi Dayeh, profesora de ingeniería eléctrica de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de California San Diego Jacobs y principal investigadora del equipo.
"Visualizamos que esta tecnología de nanocables podría usarse en modelos cerebrales derivados de células madre para identificar los medicamentos más efectivos para enfermedades neurológicas", dijo Anne Bang, directora de biología celular en el Centro de Genómica Química Conrad Prebys en SanfordInstituto de Investigación Médica Burnham.
El proyecto fue un esfuerzo de colaboración entre los laboratorios Dayeh y Bang, neurobiólogos de la Universidad de California en San Diego e investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur y Sandia National Laboratories. Los investigadores publicaron su trabajo el 10 de abril Nano letras .
Los investigadores pueden descubrir detalles sobre la salud, la actividad y la respuesta de una neurona a los medicamentos midiendo las corrientes de los canales iónicos y los cambios en su potencial intracelular, lo cual se debe a la diferencia en la concentración de iones entre el interior y el exterior de la célula.-la técnica de medición avanzada es sensible a pequeños cambios potenciales y proporciona lecturas con altas relaciones señal / ruido. Sin embargo, este método es destructivo: puede romper la membrana celular y eventualmente matar la célula. También se limita al análisissolo una célula a la vez, lo que hace que sea poco práctico para estudiar grandes redes de neuronas, que son cómo están organizadas naturalmente en el cuerpo.
"Las técnicas de medición de alta sensibilidad existentes no son escalables a estructuras similares a tejidos 2D y 3D cultivadas in vitro", dijo Dayeh. "El desarrollo de una tecnología a nanoescala que puede medir cambios potenciales rápidos y minuciosos en las redes celulares neuronales podría acelerar el desarrollo de fármacospara enfermedades del sistema nervioso central y periférico "
La tecnología de nanocables desarrollada en el laboratorio de Dayeh no es destructiva y puede medir simultáneamente cambios potenciales en múltiples neuronas, con la alta sensibilidad y resolución logradas por el estado actual de la técnica.
El dispositivo consiste en una serie de nanocables de silicio densamente empaquetados en un pequeño chip con patrones de electrodos de níquel recubiertos con sílice. Los nanocables se asoman dentro de las células sin dañarlos y son lo suficientemente sensibles como para medir pequeños cambios potenciales que son una fracción deo unos pocos milivoltios de magnitud. Los investigadores utilizaron los nanocables para registrar la actividad eléctrica de las neuronas que se aislaron de ratones y se derivaron de células madre pluripotentes inducidas por humanos. Estas neuronas sobrevivieron y continuaron funcionando durante al menos seis semanas mientras interactuaban con la matriz de nanocables in vitro .
Otra característica innovadora de esta tecnología es que puede aislar la señal eléctrica medida por cada nanocable individual. "Esto es inusual en las tecnologías de nanocables existentes, donde varios cables tienen un cortocircuito eléctrico y no se puede diferenciar la señal de cada cable", Dayehdijo.
Para superar este obstáculo, los investigadores inventaron un nuevo enfoque de unión de obleas para fusionar los nanocables de silicio a los electrodos de níquel. Su enfoque involucraba un proceso llamado silicuración, que es una reacción que une dos sólidos silicio y otro metal sin fundirlos.material. Este proceso evita que los electrodos de níquel se liquiden, se extiendan y cortocircuiten los cables de electrodos adyacentes.
La silicidación generalmente se usa para hacer contactos con los transistores, pero esta es la primera vez que se usa para unir obleas con patrón, dijo Dayeh. "Y como este proceso se usa en la fabricación de dispositivos semiconductores, podemos integrar versiones de estos nanocables".con electrónica CMOS ". El laboratorio de Dayeh tiene varias solicitudes de patentes pendientes para esta tecnología".
Dayeh señaló que la tecnología necesita una mayor optimización para la detección de drogas en el cerebro en chip. Su equipo está trabajando para extender la aplicación de la tecnología a la detección de drogas en el corazón para las enfermedades cardíacas y in vivo mapeo cerebral, que todavía está a varios años de distancia debido a importantes desafíos tecnológicos y biológicos que los investigadores deben superar. "Nuestro objetivo final es traducir esta tecnología a un dispositivo que se pueda implantar en el cerebro".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :