La sonda cerebral blanda podría ser una gran ayuda para la investigación de la depresión

Cualquiera que esté familiarizado con los antidepresivos como Prozac o Wellbutrin sabe que estos medicamentos aumentan los niveles de neurotransmisores en el cerebro como la serotonina y la dopamina, que se sabe que juegan un papel importante en el estado de ánimo y el comportamiento.

Entonces, podría sorprender que los científicos todavía tengan muy pocos datos sobre la relación específica entre los neurotransmisores (sustancias químicas que transmiten mensajes de una célula cerebral a otras) y nuestros estados psicológicos. En pocas palabras, monitorear las fluctuaciones de estos neuroquímicos en cerebros vivos ha demostrado ser un desafío persistente.

Ahora, por primera vez, los científicos de UCLA han conectado sensores bioquímicos a nanoescala, que están sintonizados para identificar neurotransmisores específicos, a una sonda cerebral suave e implantable para monitorear continuamente estos químicos en tiempo real. La nueva sonda cerebral, descrita en un artículo publicado en Sensores ACSpermitiría a los científicos rastrear los neurotransmisores en animales de laboratorio y, en última instancia, en humanos, durante sus actividades diarias.

La capacidad de medir continuamente los neurotransmisores en alta resolución durante períodos prolongados proporcionaría una comprensión más precisa de cómo la serotonina, la dopamina y otros neurotransmisores afectan los estados psicológicos, lo que podría conducir a tratamientos más efectivos para la depresión y otros trastornos de salud mental, dijo el autor correspondiente del artículo, Anne Andrews, profesora de psiquiatría y ciencias bioconductuales y de química y bioquímica de la UCLA.

«Sabemos que la serotonina y la dopamina están involucradas en algunos de los aspectos conductuales de la depresión, pero las causas son complejas y no tan simples como tener niveles bajos de un solo transmisor», dijo Andrews, quien también es miembro del Instituto de Nanosistemas de California de la UCLA y Centro Hatos de Neurofarmacología. «Creemos que este tipo de sonda blanda será útil para los estudios de procesos cerebrales a largo plazo en animales de experimentación, especialmente los procesos que subyacen a los trastornos psiquiátricos».

La sonda blanda representa un avance significativo con respecto a las sondas cerebrales convencionales, cuya rigidez puede irritar el tejido cerebral con cada movimiento de la cabeza, lo que provoca una inflamación que a menudo interrumpe la capacidad de lectura y registro de la sonda. La flexibilidad de la sonda blanda permitiría que una persona se mueva libremente mientras está siendo monitoreada, dijeron los investigadores.

Diseño y prueba de la sonda blanda

El equipo de investigación fabricó la pequeña sonda en forma de flecha, que tiene aproximadamente 0,15 milímetros de ancho y 0,007 milímetros de grosor, sobre una base de poliimida, un polímero resistente pero flexible que se usa con frecuencia en tubos médicos, como catéteres, y en otros dispositivos médicos que se insertan en el cuerpo

Dos sensores conectados a la punta de la sonda detectan la presencia de un neurotransmisor específico, en este caso, la serotonina, utilizando cadenas de ADN diseñadas llamadas aptámeros, que están diseñadas para que las moléculas de serotonina encajen en ellas como una llave en una cerradura. Cuando la serotonina se adhiere, los aptámeros cambian de forma de una manera que altera los campos eléctricos en la superficie de un transistor, transmitiendo la información a los científicos.

Luego, el primer autor Chuanzhen Zhao implantó la sonda blanda en un modelo de cerebro que imita las propiedades estructurales y químicas del tejido cerebral natural. Zhao, quien obtuvo su doctorado en química y bioquímica en UCLA y ahora es becario postdoctoral en la Universidad de Stanford, inyectó serotonina en el modelo cerca de la sonda y descubrió que los sensores de la sonda detectaron con éxito niveles bajos de serotonina similares a los que ocurren en un cerebro vivo. .

Aunque la investigación actual se centró en la serotonina, Andrews señaló que los investigadores podrían colocar fácilmente sensores específicos de neurotransmisores adicionales, que su grupo ya ha desarrollado, en las sondas blandas, lo que permite a los científicos detectar múltiples neurotransmisores simultáneamente. Y aunque la sonda aún no se ha probado en cerebros vivos, la capacidad de monitorear varios neurotransmisores, junto con la flexibilidad y la longevidad de la sonda, en última instancia, podría resultar de gran ayuda para los científicos que estudian los procesos cerebrales en animales a largo plazo.

«Por ejemplo, si queremos estudiar lo que sucede en el cerebro mientras un animal está aprendiendo una tarea o durante el envejecimiento, nuestros sensores pueden brindar múltiples mediciones neuroquímicas durante largos períodos de tiempo», dijo.

Los investigadores dijeron que las sondas blandas también podrían usarse para ayudar a mejorar la terapia de estimulación cerebral profunda, en la que los electrodos implantados en el cerebro regulan el disparo eléctrico neuronal en enfermedades como el Parkinson y la epilepsia, así como las interfaces cerebro-máquina, que se ven obstaculizadas por la rigidez de sus sustratos.

Zhao y Andrews utilizaron recientemente biosensores de transistores de efecto de campo de aptámero similares en poliimida para monitorear los niveles de la hormona del estrés cortisol en el sudor de las personas a través de un reloj inteligente.