Moduladores de luz nanométricos para estudiar regiones profundas del cerebro

Moduladores de luz nanométricos para estudiar regiones profundas del cerebro


Los científicos pueden confiar en una excelente herramienta, la luz, cuando se trata de registrar y estimular la actividad cerebral. Un equipo internacional de investigadores dirigido por el Istituto Italiano di Tecnologia (Instituto Italiano de Tecnología/IIT) ha desarrollado moduladores de luz nanométricos que, basados ​​en una fibra óptica micrométrica, permiten que la fibra analice el tejido neural en regiones profundas del cerebro.

Moduladores de luz nanométricos para estudiar regiones profundas del cerebro.
Representación gráfica de la sonda neural interactuando con una neurona. Crédito de la foto: Antonio Balena (IIT).

El nuevo método presentado en Materiales ópticos avanzados y presentado en la portada de la revista, sienta las bases para un tipo innovador de sonda neuronal mínimamente invasiva que se puede utilizar para estudiar el sistema nervioso central. Los nanomoduladores se utilizan para estudiar ciertas enfermedades cerebrales, como la epilepsia y los tumores cerebrales.

La investigación ha sido realizada por el IIT en colaboración con la Universidad de Salento (Italia), el Politécnico de Bari (Italia), el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC, España) y el Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO, España) .

El primer autor del estudio es Filippo Pisano, científico del Centro de Nanotecnologías Biomoleculares (CBN) del IIT en Lecce, Italia, coordinado por Marco Grande del Politecnico di Bari y los investigadores principales del CBN, Ferruccio Pisanello y Massimo De Vittorio.

En Italia, el equipo interdisciplinario se centró en la obtención de estructuras micrométricas capaces de sondear el tejido neuronal de forma exhaustiva con la luz, es decir, mediante la integración de nanomoduladores ópticos.

Para lograr esto, los investigadores integraron la experiencia en la fabricación a nanoescala y la neuroingeniería biomédica para manipular la física de los polaritones de plasmones de superficie y desarrollar una herramienta de sonda que ajusta y amplifica la forma en que la luz estimula áreas específicas del cerebro y puede monitorear.

Comenzaron con una fibra óptica cónica más delgada que un cabello, luego la equiparon con nanoestructuras que resuenan en respuesta a un estímulo de luz agregado a las regiones profundas del cerebro por la propia fibra.

Las nanoestructuras se desarrollaron recubriendo la punta microscópica de la sonda con una fina capa de oro. Luego, utilizando un haz de iones de galio como cincel, esculpieron una red de elementos ópticos nanoscópicos que consisten en líneas delgadas de 100 nm, cuyas propiedades se confirmaron en una serie de experimentos de microscopía y espectroscopía óptica.

Como resultado de esta técnica de producción, fue posible adquirir una herramienta capaz de regular tanto la modulación del haz de luz de la sonda como el campo eléctrico local que actúa sobre superficies comparables en tamaño a las células cerebrales. Entonces, los científicos podrán explorar la interacción entre el haz de luz y las estructuras neuronales hasta las partes más profundas del cerebro.

La posibilidad de desarrollar tales sistemas plasmónicos implantables ofrece una nueva perspectiva en el estudio del sistema nervioso central: la amplificación generada por las nanoestructuras se dice que es una herramienta eficaz para capturar los cambios estructurales bioquímicos y celulares que subyacen en el origen de numerosos trastornos neuronales. .

Por ello, la parte del equipo internacional que trabaja desde España se centra en la aplicación que podría tener. Científicos experimentales del CSIC, liderados por Liset M. de la Prida, pretenden aplicar estas sondas en el estudio de la epilepsia postraumática y enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer.

Mientras que el Grupo de Metástasis Cerebral, liderado por Manuel Valiente en el CNIO, estudiará el uso de esta nueva tecnología para distinguir los tumores primarios de los metastásicos, cuyos tratamientos son variados, así como el uso de la luz para permeabilizar la barrera hematoencefálica y la Anti -Los medicamentos contra el cáncer cruzan la barrera vascular.

Referencia de la revista:

Pisano, F., y otros. (2022) Plasmónica en un implante neural: ingeniería de interacciones luz-materia en la superficie no plana de fibras ópticas cónicas. Materiales ópticos avanzados. doi.org/10.1002/adom.202101649.

Fuente: https://iit.it/en

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