Las microbobinas magnéticas abren terapias dirigidas de una sola neurona para los trastornos neurodegenerativos

La matriz MagPatch presenta precisión de una sola neurona para futuros implantes cocleares avanzados y estimulación del nervio vago.

Washington, 23 de abril de 2024 – La neuroestimulación es una técnica médica que se utiliza para tratar muchas enfermedades que afectan el sistema nervioso. Implica aplicar energía a las neuronas para animarlas a crecer y establecer conexiones con sus vecinas. Los tratamientos para la epilepsia a menudo pueden incluir neuroestimulación y existen tratamientos similares para la enfermedad de Parkinson, el dolor crónico y algunas enfermedades psiquiátricas.

En la revista Vacuum Science and Technology A, publicada por AIP Publishing, investigadores de la Universidad de Minnesota publicaron una serie de bobinas microscópicas (microbobinas) para crear un campo magnético y estimular neuronas individuales.

Los dispositivos existentes son eficaces, pero carecen de la precisión necesaria para algunas aplicaciones, como los implantes cocleares o los estimuladores del nervio vago.

«Hay muchos dispositivos de neuroestimulación en el mercado, algunos ya aprobados por la FDA para ensayos con pacientes y otros en espera de aprobación», dijo la autora Renata Saha. “Pero cada uno de ellos tiene una advertencia: estimulan una gran cantidad de neuronas, incluidas células vecinas que se supone que no deben ser estimuladas. La industria de dispositivos médicos está buscando un dispositivo o tecnología que pueda estimular las neuronas con precisión unicelular.

En lugar de utilizar un electrodo, Saha y su equipo recurrieron al uso de bobinas magnéticas de alambre. Hace más de dos siglos, el físico Michael Faraday describió cómo una corriente eléctrica que pasa a través de una bobina de alambre puede crear un campo magnético. Este campo magnético puede estimular un campo eléctrico en cualquier neurona cercana, que es el mismo efecto que un electrodo pero más sutil. Sin embargo, esta técnica tiene un gran inconveniente.

«Para lograr la cantidad necesaria de campo eléctrico capaz de estimular las neuronas, la cantidad de corriente que estas pequeñas bobinas necesitan para impulsar es muy alta», dijo Saha. «Es casi tres veces la cantidad de corriente que se necesitaría para hacer que el electrodo alcance el mismo umbral».

Para solucionar este problema, el equipo realizó dos mejoras. Primero, en lugar de una pequeña bobina, utilizaron una serie de ocho bobinas, que combinadas pueden generar campos eléctricos utilizando mucha menos corriente por bobina. Los investigadores mejoraron aún más estos conjuntos de microbobinas mediante el uso de materiales magnéticos blandos, que mejoran la fuerza magnética de las bobinas.

«Agregar estos materiales magnéticos blandos al núcleo de las microbobinas aumenta el campo eléctrico sin tener que aumentar la corriente a través de las microbobinas», dijo Saha.

Los investigadores construyeron un prototipo de su conjunto de bobinas, llamado MagPatch, y lo encapsularon dentro de una capa biocompatible. Luego lo probaron con células de neuroblastoma humano para demostrar su eficacia. Las células se vieron afectadas por campos magnéticos sin ser dañadas por el recubrimiento, lo que sugiere el potencial para el uso de este dispositivo en entornos clínicos.

Los autores planean seguir desarrollando y probando el dispositivo MagPatch para garantizar su seguridad y utilidad. Esperan que esto ayude a mejorar la próxima generación de implantes cocleares.

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Título del artículo

Matrices de microbobinas planas para la activación electromagnética de neuronas a nivel celular

Autores

Renata Saha, Henry J. Benally, Sadiq Faramarzi, Robert B. Bloom, Kai Wu, Dennis Tonini, Mabel Xiao, Susan A. Keirstead, Walter C. Ley, Theoden I. Netoff y Jianping Wang

afiliaciones de autor

Universidad de Minnesota