Cientistas conseguem manipular células cerebrais usando smartphone
Uma equipe de cientistas inventou um dispositivo que pode controlar circuitos neurais usando um pequeno implante cerebral controlado por um smartphone. O dispositivo pode acelerar os esforços para descobrir doenças cerebrais como Parkinson, Alzheimer, dependências químicas, depressão, enxaqueca e outros distúrbios e transtornos neuropsiquiátricos.
O dispositivo, usando cartuchos de fármacos substituíveis do tipo "Lego" e um potente Bluetooth de baixa energia, pode atingir neurônios de interesse específicos usando fármacos e luz por períodos prolongados.
"O dispositivo neural sem fio permite neuromodulação química e óptica crônica que nunca antes foi atingida", disse o principal autor Raza Qazi, pesquisador do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coréia (KAIST) e da Universidade do Colorado Boulder.
"O dispositivo neural sem fio permite neuromodulação química e óptica crônica que nunca antes foi atingida", disse o principal autor Raza Qazi, pesquisador do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coréia (KAIST) e da Universidade do Colorado Boulder.
O termo "neuromodulação" é usado na ciência para referir-se à capacidade do sistema nervoso de se "modular", ou seja, de modificar-se em resposta a estímulos externos.
Qazi disse que essa tecnologia ofusca significativamente os métodos convencionais usados pelos neurocientistas, que geralmente envolvem tubos rígidos de metal e fibras ópticas para fornecer fármacos e luz. Além de limitar o movimento devido às conexões físicas com equipamentos volumosos, sua estrutura relativamente rígida causa lesões nos tecidos moles do cérebro ao longo do tempo, tornando-os inadequados para implantes a longo prazo. Embora alguns esforços tenham sido feitos para mitigar parcialmente a resposta adversa dos tecidos ao incorporar sondas flexíveis e plataformas sem fio, as soluções anteriores foram limitadas por sua incapacidade de administrar medicamentos por longos períodos de tempo, 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 da exaustão e evaporação dos medicamentos. Pesquisadores do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia e da Universidade de Washington em Seattle colaboraram para inventar um dispositivo neural com um cartucho substituível, o que poderia permitir que os neurocientistas estudassem os mesmos circuitos cerebrais por vários meses sem se preocupar com a falta de fármacos.
Esses cartuchos de fármacos 'plug-n-play' foram montados em um implante cerebral para ratos com uma sonda macia e ultrafina (espessura de um cabelo humano), que consistia em canais microfluídicos e pequenos LEDs (menores que um grão de sal), para doses ilimitadas de medicamentos e entrega leve.
Controlados com uma interface de usuário simples e elegante em um smartphone, os neurocientistas podem desencadear facilmente qualquer combinação específica ou o sequenciamento preciso das entregas de luz e medicamentos em qualquer animal do estudo, implantado sem a necessidade de estar fisicamente dentro do laboratório. Usando esses dispositivos neurais sem fio, os pesquisadores também podem facilmente configurar estudos com animais totalmente automatizados, nos quais o comportamento de um animal pode afetar positiva ou negativamente o comportamento em outros animais, acionando condicionalmente a entrega de luz e / ou fármacos.
"Este dispositivo revolucionário é fruto de um projeto eletrônico avançado e de uma 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".
Esses cartuchos de fármacos 'plug-n-play' foram montados em um implante cerebral para ratos com uma sonda macia e ultrafina (espessura de um cabelo humano), que consistia em canais microfluídicos e pequenos LEDs (menores que um grão de sal), para doses ilimitadas de medicamentos e entrega leve.
Controlados com uma interface de usuário simples e elegante em um smartphone, os neurocientistas podem desencadear facilmente qualquer combinação específica ou o sequenciamento preciso das entregas de luz e medicamentos em qualquer animal do estudo, implantado sem a necessidade de estar fisicamente dentro do laboratório. Usando esses dispositivos neurais sem fio, os pesquisadores também podem facilmente configurar estudos com animais totalmente automatizados, nos quais o comportamento de um animal pode afetar positiva ou negativamente o comportamento em outros animais, acionando condicionalmente a entrega de luz e / ou fármacos.
"Este dispositivo revolucionário é fruto de um projeto eletrônico avançado e de uma 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 de dor e farmacologia na Faculdade 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 neuromoduladores específicos no cérebro ajustam o comportamento de várias maneiras", disse ele. "Também estamos ansiosos para usar o dispositivo em estudos farmacológicos complexos, que podem nos ajudar a desenvolver novas terapêuticas para dor, dependência e distúrbios emocionais".
Os pesquisadores do grupo Jeong da KAIST desenvolvem eletrônicos macios para dispositivos vestíveis e implantáveis, e os neurocientistas do laboratório Bruchas da Universidade de Washington estudam circuitos cerebrais que controlam o estresse, depressão, dependência, dor e outros distúrbios neuropsiquiátricos. Esse esforço global de colaboração entre engenheiros e neurocientistas ao longo de um período de três anos consecutivos e dezenas de iterações de design levou à validação bem-sucedida deste poderoso implante cerebral em camundongos em movimento livre, que os pesquisadores acreditam que podem realmente acelerar as descobertas no estudo do mecanismo neuronal e de suas doenças.
Este trabalho foi financiado por doações da Fundação Nacional de Pesquisa da Coréia, Instituto Nacional de Saúde dos EUA, Instituto Nacional de Abuso de Drogas e Professor de Mallinckrodt.
"Isso nos permite dissecar melhor a base do comportamento do circuito neural e como neuromoduladores específicos no cérebro ajustam o comportamento de várias maneiras", disse ele. "Também estamos ansiosos para usar o dispositivo em estudos farmacológicos complexos, que podem nos ajudar a desenvolver novas terapêuticas para dor, dependência e distúrbios emocionais".
Os pesquisadores do grupo Jeong da KAIST desenvolvem eletrônicos macios para dispositivos vestíveis e implantáveis, e os neurocientistas do laboratório Bruchas da Universidade de Washington estudam circuitos cerebrais que controlam o estresse, depressão, dependência, dor e outros distúrbios neuropsiquiátricos. Esse esforço global de colaboração entre engenheiros e neurocientistas ao longo de um período de três anos consecutivos e dezenas de iterações de design levou à validação bem-sucedida deste poderoso implante cerebral em camundongos em movimento livre, que os pesquisadores acreditam que podem realmente acelerar as descobertas no estudo do mecanismo neuronal e de suas doenças.
Este trabalho foi financiado por doações da Fundação Nacional de Pesquisa da Coréia, Instituto Nacional de Saúde dos EUA, Instituto Nacional de Abuso de Drogas e Professor de Mallinckrodt.
Traduzido e adaptado de : https://www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190805143525.htm
Acesso em agosto de 2019
Referências:
1. Raza Qazi, Adrian M. Gomez, Daniel C. Castro, Zhanan Zou, Joo Yong Sim,
Yanyu Xiong, Jonas Abdo, Choong Yeon Kim, Avery Anderson, Frederik
Lohner, Sang-Hyuk Byun, Byung Chul Lee, Kyung-In Jang, Jianliang Xiao,
Michael R. Bruchas, Jae-Woong Jeong. Wireless optofluidic brain probes for chronic neuropharmacology and photostimulation. Nature Biomedical Engineering, 2019; DOI: 10.1038/s41551-019-0432-1
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