Cientistas Coreanos Apresentam Interface Neural 3D Flexível: Monitoramento Cerebral em Tempo Real e Liberação Controlada de Fármacos

Embora medir a atividade elétrica dos neurônios seja útil em muitas disciplinas, criar implantes de chips de interface neural cerebral duráveis com efeitos adversos insignificantes tem se mostrado desafiador. Agora, cientistas coreanos desenvolveram uma interface neural multifuncional flexível que não apenas registra a atividade cerebral local em tempo real, mas também fornece um fluxo contínuo de fármacos através de canais microfluídicos inovadores, reduzindo as reações teciduais ao chip. Seu design pode encontrar ampla aplicação em neurociência e neuromedicina.

O Desafio das Interfaces Neurais Duradouras

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 tem sido medida via eletrodos colocados no couro cabeludo (através de eletroencefalografia - EEG); no entanto, ser capaz de adquirir sinais diretamente de dentro do próprio cérebro (através de dispositivos de interface neural) durante atividades da vida diária poderia levar a neurociência e a neuromedicina a níveis completamente novos. Um grande revés para este plano é que, infelizmente, a implementação de interfaces neurais tem se mostrado notavelmente 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 inflamação, degradam o desempenho elétrico dos eletrodos ao longo do tempo. Mas e se tivéssemos uma maneira prática de administrar localmente anti-inflamatórios onde os eletrodos fazem contato com o cérebro?

Inovação: Estrutura 3D Flexível com Canais Microfluídicos

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

Validação em Modelos Animais

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

Implicações para Interfaces Cérebro-Máquina e Tratamento de Doenças Neurológicas

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