Por Jimena Zahn
Uno de los grandes avances en el área de la salud es el concepto de biometría y las enormes ventajas que acarrea: esta es la metodología que analiza y recolecta datos biológicos o fisiológicos de cada persona, usada principalmente para la detección y seguimiento de enfermedades y para el reconocimiento personal.
El uso más frecuente es, por ejemplo, en las bancas digitales para identificar a los usuarios por medio de reconocimiento facial, huella dactilar y otros patrones como la voz o el iris.
La biometría aplicada a la identificación no solo aporta en temas de seguridad, sino que también puede aplicarse al control civil: el proyecto SCOPE del Programa Mundial de Alimentos, por ejemplo, verifica la distribución de las ayudas alimentarias a refugiados con ayuda de esta.
Además, la biometría es ampliamente utilizada para el control y seguimiento de deportistas de alto rendimiento, en los que diversos dispositivos portátiles pueden medir la temperatura, el ritmo cardíaco y la presión.
Esta tecnología también está presente en nuestra vida cotidiana, ya que varios softwares de telefonía móvil contienen aplicaciones que pueden medir los pasos y las distancias recorridas, la velocidad y utilidades más refinadas como las etapas del sueño o la frecuencia cardíaca, que en muchos casos puede incluso evitar y alarmar de alguna patología.
Este uso sanitario y preventivo de la biometría ha dado un paso inimaginable hacia el registro y control de las enfermedades neurológicas. El grupo de investigadores, liderado por Deblina Sarkar y Marta Airaghi, del Masachussetts Institute of Technology (MIT) fabricaron unos dispositivos biométricos que, al rodear suavemente las neuronas, podrían facilitar a los científicos el estudio de las regiones subcelulares del cerebro y potencialmente ayudar a restaurar ciertas funciones cerebrales.
Al igual que los dispositivos portátiles, como relojes inteligentes y rastreadores de actividad física, que interactúan con diferentes partes de nuestro cuerpo para medir y analizar procesos internos, estos minúsculos aparatos pueden realizar funciones similares a nivel de células individuales en el cuerpo.
Los trajes celulares
Estos dispositivos, que no requieren batería y son de tamaño subcelular, están fabricados con un polímero suave y están diseñados para envolver delicadamente diversas partes de las neuronas, como los axones y dendritas, sin causar daño celular.
Se activan de manera inalámbrica mediante luz y, al ajustarse a los procesos neuronales, podrían utilizarse para medir o modular la actividad eléctrica y metabólica de las neuronas a nivel subcelular.
Dado que estos dispositivos son inalámbricos y flotan libremente, los investigadores imaginan que en el futuro se podrían inyectar miles de estos pequeños dispositivos y activarlos de forma no invasiva con luz.
Además, podrían controlar cómo los dispositivos se envuelven suavemente alrededor de las células manipulando la intensidad de la luz emitida desde el exterior, que penetraría en los tejidos y activaría los dispositivos.
Al envolver axones que transmiten impulsos eléctricos entre neuronas y otras partes del cuerpo, estos dispositivos podrían contribuir a restaurar parte de la degradación neuronal asociada con enfermedades como la esclerosis múltiple.
A largo plazo, podrían integrarse con otros materiales para formar pequeños circuitos capaces de medir y modular otras células individuales.
Células que se envuelven con facilidad
Las neuronas del cerebro presentan formas complejas, lo que dificulta la creación de implantes bioelectrónicos que puedan adaptarse adecuadamente a ellas o a sus prolongaciones.
Por ejemplo, los axones son estructuras delgadas que conectan un cuerpo neuronal a otro, y su longitud y curvatura pueden variar considerablemente.
Además, tanto los axones como otros componentes celulares son delicados, por lo que cualquier dispositivo que interactúe con ellos debe ser lo suficientemente blando para hacer un contacto efectivo sin causarles daño.
Para enfrentar estos retos, investigadores del MIT han desarrollado dispositivos de película delgada utilizando un polímero suave llamado azobenceno.
Este material tiene la capacidad de enrollarse cuando se expone a la luz, lo que permite que las láminas delgadas de azobenceno se ajusten alrededor de las células.
Los científicos pueden controlar con precisión la dirección y el diámetro del enrollamiento al variar la intensidad y la polarización de la luz, así como la configuración de los dispositivos.
Estas películas delgadas pueden crear microtubos diminutos con diámetros inferiores a un micrómetro, lo que les permite envolverse de manera suave pero ajustada alrededor de axones y dendritas que tienen una curvatura pronunciada.
“Es posible regular con gran exactitud el diámetro del enrollamiento. Se puede detener el proceso al alcanzar una dimensión específica ajustando la energía de la luz según sea necesario”, comenta Sarkar.
Creación de dispositivos portátiles microscópicos
El proceso inicia con la deposición de una gota de azobenceno sobre una capa hecha de un material soluble en agua.
Luego, los investigadores presionan un sello sobre la gota de polímero para moldear miles de pequeños dispositivos en la capa. Esta técnica de estampado les permite crear estructuras complejas, que van desde rectángulos hasta formas de flores.
Posteriormente, se realiza un paso de horneado para asegurar que se evapore todo el disolvente, seguido de un grabado para eliminar cualquier material que quede entre los dispositivos individuales. Finalmente, disuelven la capa en agua, lo que deja miles de dispositivos microscópicos flotando libremente en el líquido.
Una vez que tienen una solución con dispositivos flotantes, los activan de forma inalámbrica utilizando luz, lo que induce a los dispositivos a curvarse.
Después de perfeccionar el uso de la luz para controlar la curvatura, probaron los dispositivos en neuronas de ratas y encontraron que podían envolverse de manera ajustada alrededor de axones y dendritas altamente curvados sin causar daño.
“Para establecer interfaces íntimas con estas células, los dispositivos deben ser suaves y capaces de adaptarse a estas estructuras complejas”, comenta una de las investigadoras.
“Ese fue el desafío que resolvimos en este trabajo. Fuimos los primeros en demostrar que el azobenceno podía incluso envolver células vivas”, agrega.
Aplicaciones de los trajes celulares
Dado que el azobenceno es un aislante, una aplicación directa es utilizar los dispositivos como mielina sintética para axones dañados.
La mielina es una capa aislante que envuelve los axones y permite que los impulsos eléctricos se transmitan de manera eficiente entre las neuronas.
En enfermedades no desmielinizantes como la esclerosis múltiple, las neuronas pierden algunas de las capas de mielina aislantes.
Actualmente, no existe un método biológico para regenerarlas: Al actuar como mielina sintética, los dispositivos portátiles podrían ayudar a restaurar la función neuronal en pacientes con esclerosis múltiple.
Los investigadores también demostraron cómo los dispositivos pueden combinarse con materiales optoelectrónicos que estimulan células.
Además, se pueden diseñar materiales atómicamente delgados sobre los dispositivos. Esto abre oportunidades para integrar sensores y circuitos en los dispositivos que permitan el seguimiento y control de las funciones neuronales, al igual que un “smartwatch” celular.
Además, debido a que establecen una conexión tan estrecha con las células, se podría utilizar muy poca energía para estimular regiones subcelulares.
Esto podría permitir a un investigador o clínico modular la actividad eléctrica de las neuronas para tratar enfermedades cerebrales.
“Es emocionante demostrar esta simbiosis entre un dispositivo artificial y una célula a una resolución sin precedentes. Hemos demostrado que esta tecnología es posible”, afirma Sarkar.
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