Una empresa española de biotecnología ve el material de carbono como una forma de alimentar las interfaces cerebro-ordenador del futuro.
por Emily Mullin
En 2004, André Geim y Konstantin Novoselov, de la Universidad de Manchester en Inglaterra, lograron un gran avance cuando aislaron el grafeno por primera vez. El grafeno, una forma plana de carbono formada por una sola capa de átomos, es el material más delgado conocido y uno de los más fuertes. Aclamado como un material maravilloso, le valió a Geim y Novoselov un Premio Nobel de Física en 2010.
Veinte años después, el grafeno finalmente se está abriendo camino en baterías, sensores, semiconductores, acondicionadores de aire e incluso auriculares. Y ahora, se está probando en el cerebro de las personas.
Esta mañana, los cirujanos de la Universidad de Manchester colocaron temporalmente un delgado implante de grafeno en la corteza del paciente, la capa más externa del cerebro. Fabricada por la empresa española InBrain Neuroelectronics, la tecnología es un tipo de interfaz cerebro-ordenador, un dispositivo que recoge y decodifica señales cerebrales. InBrain es una de varias empresas, incluida Neuralink de Elon Musk, que desarrollan BCI.
“Nuestro objetivo es tener un producto comercial que pueda hacer decodificación y mapeo cerebral y que pueda usarse en una variedad de trastornos”, dice Carolina Aguilar, CEO y cofundadora de InBrain.
El mapeo cerebral es una técnica que se utiliza para ayudar a planificar cirugías cerebrales. Al extirpar un tumor cerebral, por ejemplo, los cirujanos colocan electrodos en el cerebro para determinar la ubicación de la función motora y del habla en el cerebro, de modo que puedan extirpar el tumor de manera segura sin afectar la capacidad del paciente para moverse o hablar.
Durante la cirugía de hoy, el implante se instaló durante 79 minutos. El paciente ya se estaba sometiendo a una cirugía cerebral para extirpar un tumor y dio su consentimiento para el experimento. En ese tiempo, los investigadores observaron que el dispositivo InBrain era capaz de diferenciar entre tejido cerebral sano y canceroso con una precisión a escala micrométrica.
La Universidad de Manchester es el sitio del primer estudio en humanos de InBrain, que probará el dispositivo de grafeno en hasta 10 pacientes que ya se están sometiendo a una cirugía cerebral por otras razones. El objetivo del estudio, financiado por el proyecto Graphene Flagship de la Comisión Europea, es demostrar la seguridad del grafeno en contacto directo con el cerebro humano.
David Coope, el neurocirujano que realizó el procedimiento, dice que el dispositivo InBrain es más flexible que un electrodo convencional, lo que le permite adaptarse mejor a la superficie del cerebro. “Desde el punto de vista quirúrgico, significa que probablemente podamos colocarlo en lugares donde nos resultaría difícil colocar un electrodo”, dice. Los electrodos principales utilizados para el mapeo cerebral son discos de platino iridio engastados en silicio. “Así que son razonablemente rígidos”, dice Coope.
Por el contrario, el dispositivo InBrain es una lámina transparente que se asienta sobre la superficie del cerebro. Con la mitad del grosor de un cabello humano, contiene 48 diminutos electrodos de grafeno decodificante de solo 25 micrómetros cada uno. La compañía está desarrollando un segundo tipo de implante que penetra en el tejido cerebral y puede proporcionar una estimulación eléctrica precisa.
El dispositivo de superficie por sí solo se puede usar para el mapeo cerebral, pero Aguilar dice que la compañía también está integrando los dos dispositivos y planea probarlos juntos como tratamiento para trastornos neurológicos como la enfermedad de Parkinson.
La estimulación cerebral profunda, o DBS, en la que se coloca un electrodo metálico en forma de aguja en el tejido cerebral, ya es un tratamiento aprobado para el Parkinson, la epilepsia y un puñado de otras afecciones. Consiste en suministrar una corriente eléctrica para interrumpir las señales irregulares en el cerebro que causan temblores y otros síntomas de movimiento.
En la actualidad, la mayoría de los sistemas de ECP estimulan constantemente, independientemente de que el paciente experimente o no algún síntoma. Con el tiempo, el sistema nervioso puede adaptarse a esta estimulación constante y sus efectos pueden desaparecer. InBrain busca mejorar la estimulación cerebral profunda mediante el uso de su dispositivo de superficie para detectar biomarcadores relacionados con la función motora y luego administrar estimulación solo cuando sea necesario con el dispositivo de penetración.
Los metales se han utilizado tradicionalmente para los electrodos porque tienen una alta conductividad. Eso los hace buenos para capturar la actividad cerebral, esencialmente ráfagas de electricidad emitidas cuando las neuronas se comunican entre sí. Los electrodos metálicos se utilizan de forma rutinaria para la estimulación cerebral profunda, así como para las interfaces cerebro-ordenador para ayudar a las personas con parálisis a utilizar dispositivos digitales con sus pensamientos.
Pero Christina Tringides, profesora asistente de ciencia de materiales y nanoingeniería en la Universidad de Rice que no está involucrada con InBrain, dice que los electrodos de metal tienen sus desventajas. En particular, son frágiles y rígidos, mientras que el cerebro es blando y gelatinoso. “Es como poner una cuchara en un tazón de gelatina o un cuchillo en un bloque de tofu”, dice.
El cerebro palpita con cada respiración, pero los electrodos metálicos permanecen en su lugar. Este desajuste significa que cuando el cerebro se desplaza en el cráneo, los electrodos pueden causar inflamación o cicatrices. Con el tiempo, estos problemas pueden dificultar la capacidad de captar señales neuronales. Los metales también se oxidan en el ambiente acuoso del cerebro, lo que puede hacer que se degraden con el tiempo.
Idealmente, los electrodos colocados en el cerebro durarían mucho tiempo para minimizar las cirugías repetidas para los pacientes. “Es por eso que hay un impulso para usar otros materiales”, dice Tringides.
El grafeno es un excelente conductor y no se oxida. Además, Aguilar dice que el dispositivo de InBrain puede inyectar 200 veces más carga en el cerebro en comparación con los sistemas DBS actuales. El conjunto de superficie que construyó la compañía también tiene 12 electrodos estimulantes compuestos por 8.400 microislas de grafeno que pueden proporcionar una estimulación enfocada, pero en este estudio inicial en humanos, la estimulación no se activará.
Aguilar dice que la versión comercial del dispositivo tendrá cerca de 100 electrodos, y la compañía también está desarrollando uno con 1.024 electrodos. Cuantos más electrodos, más datos se pueden registrar del cerebro. Debido a que los puntos de grafeno son tan pequeños, el dispositivo también puede proporcionar una estimulación muy precisa.
Aguilar dice que las interfaces de la compañía también pueden tener aplicaciones para el tratamiento de pacientes con derrames cerebrales y epilepsia. Por ahora, InBrain tendrá que pasar su estudio de seguridad inicial.
“Esta es la primera vez que se coloca grafeno en el cerebro de un ser humano”, dice Aguilar. “Así que esperamos un gran resultado”.
Fuente: https://www.wired.com/story/an-ultrathin-graphene-brain-implant-was-just-tested-in-a-person/