Nanotecnologia

Eletrodos plásticos tornam chips neurais compatíveis com cérebro

Eletrodos plásticos tornam chips neurais compatíveis com cérebro
As estruturas verdes são neurônios disparando, cujos sinais são coletados pelas estruturas dos polímeros condutores.[Imagem: Mohammad Reza Abidian]

Pesquisadores da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, usaram nanotubos de polímeros para criar eletrodos capazes de registrar sinais cerebrais de forma mais precisa e mais clara do que os utilizados nos atuais implantes neurais.

Chips neurais

Os chamados "chips neurais" - implantes capazes de captar os sinais elétricos gerados pelo cérebro - estão sendo utilizados em várias interfaces cérebro-máquina, para o controle de robôs, equipamentos de auxílio ao movimento, como cadeiras de rodas, e em pesquisas mais avançadas para desvendar as causas de doenças neurológicas, como o Mal de Alzheimer.

O chip neural considerado como o mais avançado já apresentado até hoje é capaz de evoluir e aprender com o cérebro onde está implantado.

Reação do cérebro aos implantes

Para captar os sinais cerebrais, os eletrodos dos chips neurais devem ser inseridos diretamente no cérebro, em cirurgias altamente delicadas e invasivas. Por isso, quanto mais tempo eles durarem, melhor será a qualidade de vida do paciente, que não precisará passar por cirurgias sucessivas.

O problema é que o cérebro não aceita passivamente a inserção dos eletrodos. Assim que as pontas metálicas são implantadas, o cérebro começa a reagir, gerando inicialmente uma resposta inflamatória àquilo que é visto pelo organismo como um ferimento grave.

Após a inflamação, o cérebro passa a lidar com o ferimento de forma crônica. Se isso é ótimo para o organismo, é péssimo para o chip neural, que terá seus eletrodos encapsulados pelo tecido da cicatriz, que o impedirá de captar os sinais dos neurônios, interrompendo o funcionamento do chip.

Polímeros condutores

O que Mohammad Reza Abidian e seus colegas descobriram é que esse problema pode ser grandemente minimizado com a utilização de eletrodos biocompatíveis. Isso exige a utilização de polímeros, mas que necessariamente devem ser condutores elétricos, para que sejam capazes de captar os sinais elétricos dos neurônios.

A solução foi encontrada em um material conhecido como PEDOT - poli(3,4-etilenodioxitiofeno). O plástico condutor, que forma minúsculos nanotubos, foi utilizado para revestir os eletrodos metálicos. Além de torná-los biocompatíveis, o revestimento melhorou em mais de 30% a sensibilidade aos sinais cerebrais em relação aos eletrodos metálicos sem o revestimento.

Biossensor

Outra vantagem inesperada, descoberta quando os novos eletrodos biocompatíveis foram implantados no cérebro de cobaias, é que os sinais variam conforme o cérebro tenta defender-se da invasão.

Com isto, além de coletarem as informações dos neurônios, os eletrodos informam quando o cérebro passou de uma resposta aguda - a inflamação inicial - para a resposta crônica - quando o eletrodo é visto pelo cérebro unicamente como um ferimento em cicatrização.

O revestimento de PEDOT permite que os eletrodos operem com menor resistência elétrica do que os eletrodos metálicos, o que significa que eles podem comunicar-se mais claramente com os neurônios individuais.

"Os polímeros condutores são biocompatíveis e têm condutividade eletrônica e iônica," explica Abidian. "Desta forma, esses materiais são bons candidatos para aplicações biomédicas, como interfaces neurais, biossensores e sistemas de liberação contínua de medicamentos."

Bibliografia:

Interfacing Conducting Polymer Nanotubes with the Central Nervous System: Chronic Neural Recording using Poly(3-4-ethylenedioxythiophene) Nanotubes."
Mohammad Reza Abidian, Kip A. Ludwig, Timothy C. Marzullo, David C. Martin, Daryl R. Kipke
Advanced Materials
Vol.: 21, Issue 37 , Pages 3764 - 3770
DOI: 10.1002/adma.200900887




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