Cientistas agora podem manipular células cerebrais usando smartphone

Uma equipe de cientistas da Coréia e dos Estados Unidos inventou um dispositivo que pode controlar os circuitos neurais usando um pequeno implante cerebral controlado por um smartphone.

Os pesquisadores, que publicam na Nature Biomedical Engineering, acreditam que o dispositivo pode acelerar os esforços para descobrir doenças cerebrais como Parkinson, Alzheimer, dependência, depressão e dor.

O dispositivo, usando cartuchos de fármacos substituíveis do tipo Lego e um poderoso bluetooth de baixa energia, pode ter como alvo neurônios específicos de interesse, usando drogas e luz por períodos prolongados.

“O dispositivo neural sem fio permite a neuromodulação química e óptica crônica que nunca fora alcançada antes”, disse o autor Raza Qazi, pesquisador do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST) e da Universidade do Colorado em Boulder.

Qazi disse que esta tecnologia ofusca significativamente os métodos convencionais usados pelos neurocientistas, que geralmente envolvem tubos de metal rígidos e fibras ópticas para fornecer drogas e luz. Além de limitar o movimento do sujeito devido às conexões físicas com equipamentos volumosos, sua estrutura relativamente rígida causa lesão no tecido cerebral mole ao longo do tempo, tornando-os, portanto, inadequados para implantes de longo prazo.

Embora alguns esforços tenham sido feitos para mitigar parcialmente a resposta adversa dos tecidos, incorporando sondas suaves e plataformas sem fio, as soluções anteriores foram limitadas por sua incapacidade de fornecer medicamentos por longos períodos, bem como por suas configurações de controle volumosas e complexas.

Para alcançar a entrega crônica de medicamentos sem fio, os cientistas tiveram que resolver o desafio crítico de esgotamento e evaporação de drogas. Pesquisadores do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coréia e da Universidade de Washington em Seattle colaboraram para inventar um dispositivo neural com um cartucho substituível, que poderia permitir aos neurocientistas estudar os mesmos circuitos cerebrais por vários meses sem se preocupar com a falta de drogas.

Esses cartuchos de medicamentos ‘plug-and-play’ foram montados em um implante cerebral para camundongos com uma sonda suave e ultrafina (espessura de um fio de cabelo humano), que consistia de canais microfluídicos e minúsculos LEDs (menores que um grão de sal). doses ilimitadas de drogas e entrega de luz.

Controlados com uma interface de usuário elegante e simples em um smartphone, os neurocientistas podem facilmente ativar qualquer combinação específica ou sequenciamento preciso da luz e dos medicamentos em qualquer animal-alvo implantado, sem a necessidade de estar fisicamente dentro do laboratório. Usando esses dispositivos neurais sem fio, os pesquisadores também poderiam facilmente configurar estudos totalmente automatizados em animais, nos quais o comportamento de um animal poderia afetar positivamente ou negativamente o comportamento em outros animais por meio do acionamento condicional da luz e / ou da liberação do fármaco.

“Este dispositivo revolucionário é fruto do design avançado de eletrônica e da poderosa engenharia de micro e nanoescala”, disse Jae-Woong Jeong, professor de engenharia elétrica da KAIST. “Estamos interessados em desenvolver ainda mais essa tecnologia para fazer um implante cerebral para aplicações clínicas”.

Michael Bruchas, professor de anestesiologia e medicina da dor e farmacologia da Escola de Medicina da Universidade de Washington, disse que essa tecnologia ajudará os pesquisadores de várias maneiras.

“Isso nos permite dissecar melhor a base do comportamento do circuito neural e como os neuromoduladores específicos do cérebro ajustam o comportamento de várias maneiras”, disse ele. “Nós também estamos ansiosos para usar o dispositivo para estudos farmacológicos complexos, o que poderia nos ajudar a desenvolver novas terapias para a dor, dependência e transtornos emocionais”.

Os pesquisadores do grupo Jeong, da KAIST, desenvolvem eletrônicos macios para dispositivos portáteis e implantáveis, e os neurocientistas do laboratório Bruchas, da Universidade de Washington, estudam os circuitos cerebrais que controlam o estresse, a depressão, o vício, a dor e outros distúrbios neuropsiquiátricos. Esse esforço colaborativo global entre engenheiros e neurocientistas em um período de três anos consecutivos e dezenas de iterações de design levaram à validação bem-sucedida desse poderoso implante cerebral em camundongos que se movimentam livremente, o que os pesquisadores acreditam que pode realmente acelerar a descoberta do cérebro e de suas doenças.

Financiamento: Este trabalho foi financiado por doações da Fundação Nacional de Pesquisa da Coréia, do Instituto Nacional de Saúde dos EUA, do Instituto Nacional sobre Abuso de Drogas e da Cátedra Mallinckrodt.

---

Fonte:
Universidade de Washington
Pesquisas Originais: Wireless optofluidic brain probes for chronic neuropharmacology and photostimulation
Neuroscience News: Scientists can now manipulate brain cells using smartphone