Un nuevo chip de silicio podría algún día reemplazar las células cerebrales dañadas

Hazte a un lado, hombre de seis millones de dólares. Desde que se implantó el primer marcapasos artificial hace medio siglo, y posiblemente antes, los humanos han trabajado para crear tecnología que pueda reparar y reemplazar nuestras propias partes del cuerpo. En algunos casos, estos dispositivos funcionan imitando la biología humana.

Ahora, los científicos han logrado reproducir un proceso biológico particularmente enigmático: la actividad eléctrica de las neuronas, que incluyen las células cerebrales. Las neuronas envían información a todo el cuerpo en forma de señales eléctricas.

En un estudio publicado hoy en Nature Communications , un equipo dirigido por Los científicos de la Universidad de Bath en Inglaterra describen un método para fabricar chips de silicio que dicen que pueden funcionar como neuronas reales. Los investigadores dicen que la técnica algún día podría usarse para reparar partes del sistema nervioso que están dañadas por la enfermedad.

La idea de construir neuronas artificiales, sinapsis y redes cerebrales completas no es exactamente nueva. En 1991 , por ejemplo, los científicos crearon un chip de silicio modelado a partir de células nerviosas reales. Pero los investigadores han utilizado en gran medida los procesos biológicos como inspiración para estos dispositivos, en lugar de intentar fielmente replicar el comportamiento de las células cerebrales individuales.

Sin embargo, cada vez más, los científicos están recurriendo a dispositivos bioelectrónicos: tecnología como microcircuitos, electrodos y sensores que pueden implantarse en el cuerpo como una forma potencial de tratar enfermedades crónicas.

Los autores del estudio dicen que este cambio requiere tecnología que pueda transmitir información entre una célula biológica y un circuito bioelectrónico. Luego, los microcircuitos y otros dispositivos podrán procesar estímulos "crudos" que van y vienen del sistema nervioso. Idealmente, estos dispositivos interactuarían con el sistema nervioso de un paciente, al igual que una neurona normal.

Para hacer eso, los investigadores necesitaban diseñar un chip que responda a las señales eléctricas de la misma manera que las células cerebrales reales.

cuarto neurona

Los investigadores esperan que el nuevo método de crear neuronas artificiales algún día les permita implantar el dispositivo en personas, donde interactuaría con otras células cerebrales. (Crédito: Universidad de Bath)

En su estudio, los investigadores se propusieron diseñar un microcircuito modelado a partir de canales iónicos, proteínas que actúan como una puerta que permite que las moléculas cargadas eléctricamente pasen a través de las paredes celulares. También extrajeron de un gran conjunto de datos de grabaciones de la actividad eléctrica de las células cerebrales.

Luego, los científicos pudieron crear chips de silicio que replicaban el comportamiento de las neuronas individuales del hipocampo, que desempeña un papel clave en el aprendizaje y la memoria, y el sistema respiratorio. Después de ejecutar 60 tipos diferentes de estimulación eléctrica a través de los chips, descubrieron que las neuronas sintéticas tenían respuestas eléctricas casi idénticas a las células cerebrales biológicas.

En el documento, los investigadores describen cómo el dispositivo podría ofrecer nuevas posibilidades en el tratamiento de enfermedades. Señalan que las neuronas respiratorias son responsables de regular los ritmos que influyen en ciertas funciones respiratorias y cardíacas. Cuando estos ritmos se degradan, a menudo como resultado de la edad o la enfermedad, pueden provocar afecciones como apnea del sueño e incluso insuficiencia cardíaca.

Una neurona artificial, o un grupo de neuronas, que intervienen para reducir el envejecimiento de las células cerebrales que envejecen podría ofrecer algún día una terapia potencial para estas y otras afecciones, sugieren los autores.

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