Golpear los libros: ¿podríamos zapping nuestros cerebros para llevar una vida más saludable?

DLas terapias de estimulación cerebral de eep han demostrado ser una opción de tratamiento invaluable para pacientes que sufren enfermedades debilitantes como el Parkinson. Sin embargo, él, y su tecnología hermana, las interfaces de computadora del cerebro, actualmente sufren una deficiencia crítica: los electrodos que convierten los pulsos de electrones en señales bioeléctricas no se adaptan bien al tejido cerebral circundante. ¡Y ahí es donde entran las personas con batas de laboratorio y sosteniendo calamares! En Somos eléctricos: dentro de la búsqueda de 200 años del código bioeléctrico de nuestro cuerpo y lo que nos depara el futuro, La autora Sally Adee se adentra en dos siglos de investigación sobre una rama del descubrimiento científico, a menudo incomprendida y difamada, y guía a los lectores desde los trabajos pioneros de Alessandro Volta hasta las aplicaciones para salvar vidas que podrían ser posibles una vez que los médicos aprendan a comunicarse directamente con las células de nuestro cuerpo.

Extraído de Somos eléctricos: dentro de la búsqueda de 200 años del código bioeléctrico de nuestro cuerpo y lo que nos depara el futuro por Sally Adee. Copyright © 2023. Disponible en Hachette Books, un sello de Hachette Book Group, Inc.

Perdido en la traducción

“Existe una asimetría fundamental entre los dispositivos que impulsan nuestra economía de la información y los tejidos del sistema nervioso”, dijo Bettinger. el borde en 2018. “Tu celular y tu computadora usan electrones y los pasan de un lado a otro como la unidad fundamental de información. Sin embargo, las neuronas usan iones como el sodio y el potasio. Esto es importante porque, para hacer una analogía simple, eso significa que necesitas traducir el idioma”.

“Uno de los nombres inapropiados dentro del campo en realidad es que estoy inyectando corriente a través de estos electrodos”, explica Kip Ludwig. “No, si lo estoy haciendo bien, no lo hago”. Los electrones que viajan por un cable de platino o titanio hasta el implante nunca llegan al tejido cerebral. En cambio, se alinean en el electrodo. Esto produce una carga negativa, que extrae iones de las neuronas a su alrededor. “Si saco suficientes iones del tejido, provoco que se abran canales de iones dependientes de voltaje”, dice Ludwig. Eso puede, pero no siempre, hacer que un nervio dispare un potencial de acción. Saca los nervios al fuego. Eso es todo, ese es tu único movimiento.

Puede parecer contradictorio: el sistema nervioso funciona con potenciales de acción, entonces, ¿por qué no funcionaría simplemente intentar escribir nuestros propios potenciales de acción sobre los del cerebro? El problema es que nuestros intentos de escribir potenciales de acción pueden ser increíblemente torpes, dice Ludwig. No siempre hacen lo que creemos que hacen. Por un lado, nuestras herramientas no son lo suficientemente precisas para golpear solo las neuronas exactas que estamos tratando de estimular. Entonces, el implante se encuentra en medio de un grupo de células diferentes, barriendo y activando neuronas no relacionadas con su campo eléctrico. ¿Recuerdas que dije que tradicionalmente se consideraba que la glía era el personal de limpieza del cerebro? Bueno, más recientemente se supo que también procesan algo de información, y nuestros torpes electrodos también los dispararán, con efectos desconocidos. “Es como tirar del tapón de la bañera y tratar de mover solo uno de los tres botes de juguete en el agua de la bañera”, dice Ludwig. E incluso si logramos golpear las neuronas que estamos intentando, no hay garantía de que la estimulación esté golpeando en la ubicación correcta.

Para llevar los electrocéuticos a la medicina, realmente necesitamos mejores técnicas para hablar con las células. Si la barrera del idioma de electrón a ion es un obstáculo para hablar con las neuronas, es absolutamente imposible para las células que no usan potenciales de acción, como las que estamos tratando de atacar con intervenciones eléctricas de próxima generación, que incluyen células de la piel, células óseas y el resto. Si queremos controlar el voltaje de la membrana de las células cancerosas para convencerlas de que vuelvan a su comportamiento normal; si queremos empujar la corriente herida en piel o células óseas; si queremos controlar el destino de una célula madre, nada de eso se puede lograr con nuestra única herramienta de hacer que un nervio dispare un potencial de acción. Necesitamos un conjunto de herramientas más grande. Afortunadamente, este es el objetivo de un área de investigación de rápido crecimiento que busca fabricar dispositivos, elementos informáticos y cableado que puedan hablar con iones en su lengua materna.

Varios grupos de investigación están trabajando en “conducción mixta”, un proyecto cuyo objetivo son los dispositivos que pueden hablar bioelectricidad. Se basa en gran medida en plásticos y polímeros avanzados con nombres largos que a menudo incluyen signos de puntuación y números. Si el objetivo es un electrodo DBS que pueda permanecer en el cerebro durante más de diez años, estos materiales deberán interactuar de manera segura con los tejidos nativos del cuerpo durante mucho más tiempo que ahora. Y esa búsqueda está lejos de terminar. Es comprensible que la gente comience a preguntarse: ¿por qué no simplemente saltear al intermediario y realmente hacer esto con materiales biológicos en lugar de fabricar polímeros? ¿Por qué no aprender cómo lo hace la naturaleza?

Se ha probado antes. En la década de 1970, hubo un gran interés en usar coral para injertos óseos en lugar de autoinjertos. En lugar de una cirugía doble traumática para recolectar el tejido óseo necesario de una parte diferente del cuerpo, los implantes de coral actuaron como un andamio para permitir que las nuevas células óseas del cuerpo crecieran y formaran el hueso nuevo. El coral es naturalmente osteoconductor, lo que significa que las nuevas células óseas se deslizan felizmente sobre él y encuentran un lugar agradable para proliferar. También es biodegradable: después de que el hueso creció sobre él, el coral fue absorbido gradualmente, metabolizado y luego excretado por el cuerpo. Las mejoras constantes han producido pocas respuestas inflamatorias o complicaciones. Ahora hay varias empresas que cultivan coral especializado para injertos e implantes óseos.

Después del éxito del coral, la gente comenzó a observar más de cerca las fuentes marinas de biomateriales. Este campo ahora está evolucionando rápidamente: gracias a los nuevos métodos de procesamiento que han hecho posible recolectar una gran cantidad de materiales útiles de lo que solían ser solo desechos marinos, la última década ha visto un número creciente de biomateriales que se originan en organismos marinos. Estos incluyen fuentes de reemplazo para gelatina (caracoles), colágeno (medusas) y queratina (esponjas), fuentes marinas de las cuales son abundantes, biocompatibles y biodegradables. Y no solo dentro del cuerpo: una de las razones por las que ha aumentado el interés en estos es el esfuerzo por alejarse de los materiales plásticos sintéticos contaminantes.

Además de todos los demás beneficios de los duplicados de origen marino, también pueden conducir una corriente de iones. En eso pensaba Marco Rolandi en 2010 cuando él y sus colegas de la Universidad de Washington construyeron un transistor con un trozo de calamar.