Una sonda de nanotubos permite ver la actividad cerebral de una neurona individual

Una delgada sonda de nanotubos de carbono puede medir pequeños cambios eléctricos en el interior de una neurona. Es muy importante poder seguir los cambios de voltaje dentro de una neurona, porque podría ayudar a los neurocientíficos a entender cómo la célula computa la información que recibe de las grandes redes neuronales

Una pequeña lanza hecha de nanotubos de carbono puede sondear la actividad eléctrica interna de una sola neurona, dando a los investigadores una visión más precisa de cómo responden las neuronas a las señales de lass células vecinas. El sondeo del cerebro en esta resolución podría ser vital para los esfuerzos por comprender y mapear sus funciones con un nuevo detalle.

El «arpón» de neuronas tiene sólo 5 a 10 micrómetros de ancho y puede perforar una célula viva para medir los cambios eléctricos asociados con las señales neuronales. En rodajas de tejido cerebral disecado de ratón aún activo, los investigadores de la Universidad de Duke pudieron grabar desde el interior de una neurona por vez.

«Hasta donde sabemos, nuestro estudio muestra el primer registro intracelular con nanotubos de carbono de las neuronas de vertebrados», dice Bruce Donald, un bioquímico y científico de la computación en la Universidad de Duke y autor del estudio, que fue publicado en PLoS ONE el miércoles.

Los nanotubos de carbono tienen muchas propiedades deseables para el registro del cerebro, dice Donald: son fuertes, son compatibles con los tejidos corporales y conducen bien la electricidad. Los dispositivos anteriores construidos a partir de nanotubos de carbono han resultado ser demasiado cortos, o muy anchos, para ser muy adecuados para el registro dentro de las células. Las sondas construidas por los investigadores de Duke, sin embargo, son de alrededor de un milímetro de largo y se prestan a la vigilancia de la actividad eléctrica de forma más precisa que los dispositivos típicos de vidrio o electrodos metálicos.

Extremo agudo: el neuro-arpón termina en una punta muy delgada

El equipo pudo detectar pequeños cambios en la actividad eléctrica en las células: los cambios correspondientes a las señales de entrada que la neurona estaba recibiendo de otras neuronas. Una neurona cortical promedio puede recibir señales de alrededor de otras 10 mil neuronas, dice Richard Mooney, un neurocientífico de la Universidad de Duke y coautor del estudio. «Individualmente, se generan señales muy pequeñas», dice. En conjunto, la colección de señales es computada por la neurona receptora, que decide si se activa o no.

Los registros intracelulares podrían ser útiles para el mapeo de las conexiones funcionales entre las neuronas, un objetivo de la iniciativa BRAIN recientemente lanzada. «Al ser capaz de ver el interior de la célula y medir pequeños cambios de voltaje, se obtiene acceso a la red que se comunica con la célula», dice Mooney.

Los investigadores utilizaron una «técnica inteligente» para construir su equipo, dice Takashi Kozai, un ingeniero neural que no participó en el estudio. A partir de la punta de un alambre de tungsteno, se construyó una larga sonda de aguja hecha de nanotubos de carbono entrelazados. A continuación, se recubrió la sonda con un material aislante y se utilizó un haz de iones para bombardear el extremo, quitar el aislante de esa zona y dejar despejada una fina punta.

«Con esta técnica, se puede hacer [sondas] tan largas como quieras», dice Kozai, que también está desarrollando electrodos microscópicos para registrar la actividad de las neuronas. Este trabajo «sienta las bases para la fabricación de dispositivos aún más estrechos, tal vez del orden de 100 nanómetros en vez de micras», dice.

Además de en cortes de cerebro disecado, el equipo probó su delgado electrodo en ratones anestesiados, aunque no pudieron obtener grabaciones desde el interior de las células del cerebro de estos animales. Sin embargo, si las futuras versiones de la punta de nanotubos son aún más agudas, pueden ser capaces de perforar mejor las células en el suave y esponjoso tejido del cerebro, dice Kozai. Si eso es posible, y si el dispositivo es estable en los cerebros de vivos a lo largo del tiempo, podría ayudar a los investigadores a explorar cómo aprende y recuerda el cerebro vivo.

«Si se puede registrar de manera estable la misma célula largamente», dice Kozai, «se podría aplicar para trazar cómo cambian las neuronas durante la formación de la memoria y el aprendizaje.»

Fuente: Technology Review. Aportado por Eduardo J. Carletti

Más información: