Desarrollan un dispositivo inalámbrico implantable en el cerebro para la administración de fármacos

21/07/2015 - E.P.

Los nuevos dispositivos pueden ayudar a las personas con dolor, depresión, epilepsia y otros trastornos neurológicos

Un equipo de investigadores norteamericanos ha desarrollado un dispositivo inalámbrico de la anchura de un cabello humano que puede ser implantado en el cerebro y activarse por control remoto para suministrar fármacos y reducir los efectos secundarios, entre otros beneficios, según un estudio que publica en la edición online de la revista 'Cell'.

Esta nueva tecnología, que se ha probado por primera vez en modelos experimentales, podría utilizarse para tratar el dolor, la depresión, la epilepsia y otros trastornos neurológicos en las personas a través la orientación terapias para circuitos específicos del cerebro, según han explicado los investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad Washington, en St. Louis, y de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

La investigación, que constituye un importante paso adelante en la farmacología, se basa en un trabajo anterior de optogenética, una tecnología que hace que a células cerebrales individuales sensibles a la luz y luego activa esas poblaciones seleccionadas de células con destellos de luz. Debido a que aún no es posible rediseñar neuronas humanas, los investigadores han desarrollado unos dispositivos inalámbricos diminutos capaces de suministrar medicamentos directamente en el cerebro mediante un mecanismo remoto.

"En el futuro, debería ser posible fabricar fármacos terapéuticos que podrían activarse con la luz --ha avanzado el co-investigador principal, Michael R. Bruchas, profesor asociado de anestesiología y neurobiología en la Universidad de Washington--. Con uno de estos pequeños dispositivos implantados teóricamente podríamos suministrar un fármaco a una región específica del cerebro y activar esa droga con la luz, según sea necesario. Este enfoque podría ofrecer terapias que están mucho más orientadas y tienen menos efectos secundarios".

Los intentos anteriores para suministrar fármacos u otros elementos, como las enzimas, a animales de experimentación requerían que el animal quedara fijado a aparatos que restringían sus movimientos. Los nuevos dispositivos fueron construidos con cuatro cámaras para transportar medicamentos directamente al cerebro. Mediante la activación de las células del cerebro con los fármacos y la luz, los científicos están consiguiendo una visión sin precedentes sobre el funcionamiento interno del cerebro.

"Este es el tipo de desarrollo de herramienta revolucionaria que los neurocientíficos necesitan para planificar la actividad del circuito cerebral", ha señalado James Gnadt, director del programa en el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares de los Institutos Nacionales de Salud (NIH).

Los nuevos dispositivos pueden ayudar a las personas con trastornos neurológicos y otros problemas, según el coautor Woong Jae-Jeong, un ex investigador postdoctoral en la Universidad de Illinois y ahora profesor asistente de electicidad, computación y la ingeniería de la energía en la Universidad de Colorado, y Jordan G. McCall, estudiante graduado en el laboratorio Bruchas.

"Ahora, literalmente podemos dispensar la terapia con medicamentos con la pulsación de un botón-- apunta McCall--. Lo hemos diseñado para explotar la tecnología de infrarrojos, similar a la utilizada en el mando a distancia del televisor. Si queremos influir en el comportamiento de un animal con la luz o con un medicamento en particular, podemos simplemente apuntar el control remoto hacia el animal y presione un botón".

En este sentido, Jeong ha añadido que "el dispositivo incorpora canales de microfluidos y bombas de microescala, pero como es suave como el tejido cerebral puede permanecer en el cerebro y funcionando durante mucho tiempo sin causar inflamación o daño neural".

Como parte del estudio, los investigadores mostraron que mediante la dispensación de un fármaco a un lado del cerebro de un animal, podrían estimular neuronas implicadas en el movimiento, con lo que el ratón se movía en un círculo.

En otros ratones, hacer brillar una luz directamente sobre las células del cerebro que expresan una proteína sensible a la luz llevó a la liberación de dopamina, un neurotransmisor que premió a los ratones, haciendo que se sintieran bien. Los ratones luego regresaron al mismo lugar en un laberinto de buscar otra recompensa. Sin embargo, los investigadores fueron capaces de interferir con esa búsqueda activado por la luz mediante el control a distancia de la liberación de un fármaco que bloquea la acción de la dopamina en sus receptores.

Los investigadores también creen que los dispositivos similares, más flexibles podrían tener aplicaciones en áreas del cuerpo que no sea el cerebro, incluyendo los órganos periféricos.

"Hemos producido con éxito una interfaz de microfluidos y micro-óptica a escala celular implantable para la biología, con oportunidades de aplicación no sólo en el cerebro sino en otras partes del sistema nervioso y otros órganos," ha asegurado otro eco-investigador principal, John A. Rogers, profesor de ciencia de los materiales e ingeniería en la Universidad de Illinois.

Por ahora, los dispositivos contienen sólo cuatro cámaras de fármacos, pero en el futuro los investigadores esperan poder incorporar un diseño muy similar a los cartuchos de tinta de una impresora de modo que los medicamentos puedan permanecer el tiempo que se requiera sin necesidad de reemplazar todo el dispositivo.