Durante los últimos años se han desarrollado varias nuevas y potentes herramientas para explorar y manipular el cerebro. Algunas utilizan la electrónica, mientras que otras usan la luz o sustancias químicas.

Foto: Polina Anikeeva.

En un laboratorio del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, EEUU), la científica de materiales Polina Anikeeva ha dado con una forma de fabricar lo que equivale a una navaja suiza científica para el cerebro. Construye sondas neuronales que transportan luz al tiempo que recogen y transmiten electricidad, y también tienen pequeños canales a través de los cuales bombear medicamentos.

Esto supone un avance frente a los cables de metal o los electrodos de silicio que se usan convencionalmente para estudiar las neuronas. Anikeeva fabrica las sondas ensamblando polímeros y metales en bloques a gran escala, o preformas, y luego los estira para conseguir fibras flexibles y ultrafinas.

1. Los bloques de polímeros son el punto de inicio para fabricar una sonda neural multifuncional. En un taller de maquinaria, se añadirán unos patrones de barras de metal conductoras, plásticos transparentes o espacios huecos, para crear una "preforma".

2. La preforma se carga en esta torre de formación de fibra de 12 pies de alto (3,65 metros).

3.  Una colección de preformas sobrantes después del proceso de formación. Pueden verse barras de indio-estaño en el centro de lo que queda de la preforma.

4. La fibra se retira del horno después de haber sido calentada a 350° C. Un micrómetro (luz roja) controla el tamaño de la fibra.

5. Cada preforma se moldea hasta llegar a conseguir incluso un kilómetro de fibra. En esta fase del proceso tiene aproximadamente 1/100 del grosor que tenía al principio.

6. Una fibra se deja en remojo en THF, un disolvente, para eliminar un revestimiento de protección.

7. Una sección transversal de una fibra de 0,35 milímetros de ancho que contiene cuatro electrodos, un canal de fluido, y una guía de ondas con forma de anillo. A la derecha, la luz brilla a través de la guía de onda.

8.  Este ratón tiene una fibra implantada en el cerebro. En la cabeza vemos una placa de circuito, un puerto para introducir la luz, y dos más para inyectarle medicamentos.

9.  Al estimular ópticamente el cerebro del ratón se produce la actividad eléctrica grabada aquí.

Las fibras multifuncionales ofrecen nuevas formas de estudiar el comportamiento animal, ya que pueden grabar la actividad de las neuronas, además de estimularlas. También podían crearse nuevos tipos de tecnología médica. Imagínate, como se imagina Anikeeva, un cableado biónico que uniese una lesión en la médula espinal, recogiendo señales eléctricas del cerebro y transmitiéndolas a los músculos de una mano paralizada.

Anikeeva creó su primera sonda multifuncional mientras estudiaba en la Universidad de Stanford (EEUU). Era un diseño primitivo: simplemente envolvió cables de metal alrededor de un filamento de vidrio. Pero hizo posible la combinación de mediciones de electrodos estándar con una nueva tecnología, la optogenética, con la que se envía luz a las neuronas para activarlas o apagarlas.

Anikeeva, que es profesora de ciencias de los materiales e ingeniería, está creado ahora sondas mediante una tecnología de formación de fibras desarrollada por otro investigador del MIT, Yoel Fink. Está basada en la forma en que el sílice se calienta y se estira para formar fibra de telecomunicaciones. Pero funciona a temperaturas más bajas, a las que muchos polímeros útiles se vuelven lo suficientemente blandos como para estirarlos.

Las fibras de polímero poseen un par de ventajas importantes. Una de ellas es que son flexibles e imitan las propiedades físicas del tejido. Eso podría permitirles funcionar más tiempo que los rígidos electrodos metálicos que los neurocientíficos llevan usando desde hace tiempo, lo que permitiría estudios a largo plazo en animales.

La segunda característica de las fibras es que pueden combinar muchas funciones. Las sondas fabricadas hasta ahora han incorporado hasta 36 microcables, guías de onda ópticas y canales huecos para distribuir medicamentos. También podrían incorporarse sensores para medir la temperatura o la presión. Dentro del cuerpo, los materiales y las estructuras apropiadas incluso podrían hacer que los nervios se unieran a las fibras, al igual que los huesos se fusionan a un implante de cadera.

El proceso de formación de fibras contrae patrones grandes en patrones microscópicos, preservando los detalles. Pero existen varias dificultades. Los diminutos cables y tubos tienen que ser marcados, separados y soldados a mano para conectarlos a componentes como, por ejemplo, un dispositivo de grabación que el ratón lleva en la cabeza. Es una pesadilla, afirma un estudiante de posgrado que espera resolver el problema, Andres Canales.

¿Serán los biocables de polímero lo que finalmente cure las parálisis, transportando señales nerviosas a través de una médula espinal lesionada? "Creo que será una versión de esta tecnología, una versión más sofisticada", responde Anikeeva. "Por lo menos vamos a seguir por este camino".