Diretamente no cérebro:uma interface neural 3D multifuncional e flexível

Embora medir a atividade elétrica dos neurônios seja útil em muitas disciplinas, fazer implantes duráveis ​​de chip cerebral de interface neural com efeitos adversos insignificantes provou ser um desafio. Agora, cientistas coreanos desenvolveram uma interface neural multifuncional flexível que pode não apenas registrar a atividade cerebral local em tempo real, mas também fornecer um fluxo constante de drogas através de canais microfluídicos inovadores, reduzindo as reações dos tecidos ao chip. Seu projeto pode encontrar ampla aplicação em neurociência e neuromedicina.

Ser capaz de medir a atividade elétrica do cérebro nos ajudou a obter uma compreensão muito melhor dos processos, funções e doenças do cérebro nas últimas décadas. Até agora, grande parte dessa atividade foi medida por meio de eletrodos colocados no couro cabeludo (por meio de eletroencefalografia (EEG)); no entanto, ser capaz de adquirir sinais diretamente de dentro do próprio cérebro (através de dispositivos de interface neural) durante as atividades da vida diária pode levar a neurociência e a neuromedicina a níveis completamente novos. Um grande revés para este plano é que, infelizmente, a implementação de interfaces neurais provou ser extremamente desafiadora.

Os materiais usados ​​nos minúsculos eletrodos que fazem contato com os neurônios, bem como os de todos os conectores, devem ser flexíveis, mas duráveis ​​o suficiente para suportar o ambiente relativamente hostil do corpo. Tentativas anteriores de desenvolver interfaces cerebrais duradouras provaram ser desafiadoras porque as respostas biológicas naturais do corpo, como a inflamação, degradam o desempenho elétrico dos eletrodos ao longo do tempo. Mas e se tivéssemos alguma maneira prática de administrar anti-inflamatórios localmente onde os eletrodos fazem contato com o cérebro?

A equipe de pesquisadores desenvolveu uma nova interface cerebral multifuncional que pode registrar simultaneamente a atividade neuronal e fornecer drogas líquidas ao local de implantação. Ao contrário dos dispositivos rígidos existentes, seu design tem uma estrutura 3D flexível na qual uma matriz de microagulhas é usada para coletar vários sinais neurais em uma área, enquanto linhas condutoras metálicas finas transportam esses sinais para um circuito externo. Um dos aspectos mais marcantes deste estudo é que, ao empilhar e microusinar estrategicamente várias camadas de polímeros, os cientistas conseguiram incorporar canais microfluídicos em um plano paralelo às linhas condutoras. Esses canais são conectados a um pequeno reservatório (que contém os medicamentos a serem administrados) e podem transportar um fluxo constante de líquido em direção às microagulhas.

A equipe validou sua abordagem por meio de experimentos de interface cerebral em ratos vivos, seguidos por uma análise da concentração da droga no tecido ao redor das agulhas.

O desenvolvimento de interfaces cerebrais multifuncionais duráveis ​​tem implicações em várias disciplinas. “Nosso dispositivo pode ser adequado para interfaces cérebro-máquina, que permitem que pessoas paralisadas movam braços ou pernas robóticas usando seus pensamentos e para tratar doenças neurológicas usando estimulação elétrica e/ou química ao longo dos anos”, disse o Dr. Yoo Na Kang, do Instituto Coreano de Máquinas e Materiais.