Las señales eléctricas comandan un enorme conjunto de actividades en el cuerpo humano, desde el intercambio de mensajes entre las neuronas en el cerebro hasta la estimulación del músculo cardíaco y los impulsos que permiten mover las manos y los pies, por mencionar tan solamente algunos ejemplos. Con la mira de las aplicaciones puesta sobre el monitoreo o la modulación de esas señales con fines médicos, ha sido desarrollado un tipo de fibra óptica biocompatible y biodegradable elaborada con el alga agar.

Este trabajo, que contó con el apoyo de la FAPESP, estuvo encabezado por dos profesores de la Universidad de Campinas, en el estado de São Paulo, Brasil –Eric Fujiwara, de la Facultad de Ingeniería Mecánica (FEM-Unicamp), y Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro, del Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW-Unicamp)–, y por el profesor Hiromasa Oku, de la Universidad de Gunma, en Japón. Y un artículo al respecto salió publicado en la revista Scientific Reports, perteneciente al grupo Nature.

“Los dispositivos biocompatibles son imprescindibles cuando se utiliza la fibra óptica en aplicaciones médicas tales como el monitoreo de parámetros vitales, la fototerapia o la optogenética [este término alude al estudio y el control de la actividad de células específicas mediante técnicas que combinan óptica, genética y bioingeniería], entre otras. Asimismo, la fibra óptica elaborada con materiales biodegradables constituye una alternativa a las tecnologías disponibles para las telecomunicaciones, que emplean fibras de vidrio o de plástico”, dice Fujiwara.

La nueva fibra se elaboró con agar, un material transparente, flexible, comestible y renovable, extraído de las algas rojas. Los mismos investigadores ya habían desarrollado una fibra óptica biocompatible de agar para el monitoreo de la concentración química y la humedad (lea más en: agencia.fapesp.br/33696). “El método de fabricación consiste básicamente en rellenar moldes cilíndricos con soluciones de agar. El actual trabajo expande la gama de aplicaciones al proponer un nuevo tipo de sensor óptico que explota la conductividad eléctrica del agar”, afirma.

Fujiwara explica que, excitada por luz coherente, la fibra produce patrones luminosos granulares que evolucionan espacial y temporalmente. La corriente eléctrica presente en el medio atraviesa la fibra y, al hacerlo, modula el índice de refracción del agar generando perturbaciones en los patrones granulares. “Al analizar estas perturbaciones, es posible determinar la magnitud, la dirección y el sentido de los estímulos eléctricos mediante mediciones confiables para corrientes iguales o incluso menores que 100 microamperios [μA]”, comenta.

La capacidad de detectar señales eléctricas tan sutiles inspira posibles aplicaciones en configuraciones biomédicas. “Esta idea puede explotarse para desarrollar sistemas de detección destinados a monitorear estímulos bioeléctricos producidos en el cerebro o en los músculos, como una alternativa biodegradable a los electrodos convencionales. En este caso, las señales ópticas pueden decodificarse para diagnosticar trastornos. Otra posibilidad consiste en utilizar la fibra como interfaz auxiliar en la conexión entre humano y computadora, en tecnologías de asistencia o rehabilitación”, ejemplifica Fujiwara.

La respuesta del sensor puede perfeccionarse ajustando la composición química del material. Y el hecho de que el agar sea moldeable en diversas geometrías vuelve factible la confección de lentes y otros dispositivos ópticos con sensibilidad a la corriente eléctrica. Más que todo, la gran ventaja reside en que, tras su uso, la fibra puede ser absorbida por el organismo evitando intervenciones quirúrgicas adicionales.

Fujiwara remarca que este estudio se ha llevado a cabo en el ámbito de los laboratorios, por ende, se encuentra lejos aún de su aplicación tecnológica. Pero la determinación rigurosa de los parámetros físicos de respuesta óptica a la corriente eléctrica fija un terreno sólido para la eventual fabricación de dispositivos biomédicos.

Referencia

Fujiwara E, Rosa LO, Oku H, Cordeiro C.  Agar-based optical sensors for electric current measurements. Sci Rep[Internet].2023[citado 28 sep 2023]13: 517. https://doi.org/10.1038/s41598-023-40749-7

29 septiembre 2023  Fuente: Dicyt   Tomado de Ciencias Sociales   

Una investigación realizada por neurocientíficos de la Universidad de Plymouth exploró los impactos de una técnica emergente llamada estimulación transcraneal por ultrasonido (TUS), cuyos resultados se publican en ´Nature Communications´.

Por lo general, los exámenes de ultrasonido implican el uso de haces amplios y difusos de ultrasonido para crear imágenes sin afectar el tejido objetivo. Sin embargo, enfocar los rayos a través de TUS puede aumentar la presión en la región objetivo y cambiar la forma en que las neuronas se comunican entre sí.

El equipo de investigación reclutó a 24 adultos sanos demostró que el TUS puede inducir cambios significativos en la concentración de GABA (ácido gamma-aminobutírico) dentro de la corteza cingulada posterior del cerebro en la hora siguiente al tratamiento con ultrasonido.

El estudio, realizado en el Centro de Imágenes e Investigación del Cerebro de la Universidad de Plymouth, un centro de investigación de última generación inaugurado en 2022 para ayudar a comprender mejor la actividad cerebral y el comportamiento humano, también mostró que en la hora siguiente al tratamiento TUS, la forma en que la corteza cingulada posterior se comunica con el resto del cerebro también se vio profundamente alterada.

Sin embargo, los cambios no fueron consistentes en todas las áreas y los niveles de GABA no se alteraron en la corteza cingulada anterior, otra área cortical igualmente relacionada con las condiciones psiquiátricas pero que subyace a diferentes funciones cognitivas, particularmente relacionadas con la toma de decisiones, el aprendizaje y la regulación de la atención.

El equipo de investigación, que también incluyó a expertos de los Hospitales Universitarios de Plymouth NHS Trust, el University College London, la Universidad Radboud de Nijmegen y la Universidad de Oxford, indicó que el estudio representa un primer paso importante en la generación de aplicaciones clínicas que podrían utilizar el ultrasonido para tratar la enfermedad mental.

Según los autores, el estudio proporciona evidencia de que la TUS funciona en humanos y que los cambios en el cerebro son reversibles, aunque será necesario trabajar mucho más antes de que pueda aplicarse en un entorno clínico.

Los científicos están ya explorando si el TUS puede usarse para cambiar el sistema dopaminérgico, lo que potencialmente podría alterar la forma en que las personas toman decisiones, aprenden y se motivan a participar en ciertos comportamientos relevantes para la adicción.

Referencia

Yaakub SN, White TA, Roberts J, Martin E, Verhagen L, Stagg Ch J, et al. Transcranial focused ultrasound-mediated neurochemical and functional connectivity changes in deep cortical regions in humans. Nat Commun 14, 5318 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-40998-0

12/09/2023

Fuente:( IMMedico) Tomado de Noticia- Atención Primaria  © 2023 Copyright: Publimas Digital

Las lesiones del sistema nervioso periférico representan un importante problema de salud y un reto para la medicina. Actualmente, la mayor parte de las terapias se basan en la cirugía después de la lesión. Sin embargo, estas intervenciones gozan de una eficiencia moderada a la hora de restablecer las funciones perdidas.

Ahora, un grupo de investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) liderados por José Antonio del Río, investigador principal del Grupo de Neurobiología Molecular y Celular del IBEC, y Arnau Hervera, investigador postdoctoral del mismo grupo, han desarrollado un dispositivo –lab-on-a-chip– para estudiar y reparar lesiones del sistema nervioso combinado dos tecnologías basadas en la bioingeniería.

Se trata de la microfluídica, que utiliza sistemas que procesan o manipulan cantidades pequeñas de fluidos mediante canales con el objetivo de estudiar la respuesta a diferentes estímulos- y de la optogenética, que combina la genética y la óptica para controlar la actividad de las neuronas-. Esta última es especialmente útil en neurobiología porque permite modelar la actividad celular solo mediante cambios de luz, sin necesidad de usar la estimulación eléctrica, que es más inespecífica y puede dañar las células.

Gracias a la combinación de ambas los expertos han descubierto que el músculo manda señales regenerativas a las neuronas con el fin de promover su reconexión y reestablecer las funciones y el control de la contracción perdido después de una lesión.

Según Arnau Hervera, este descubrimiento “permite entender mejor los mecanismos subyacentes a las lesiones de motoneuronas”, un tipo de células encargadas de producir los estímulos que provocan la contracción de los diferentes grupos musculares del organismo. En este sentido, el investigador añade que el hallazgo “abre una ventana para que en un futuro se puedan mejorar los efectos de las terapias de rehabilitación actuales”.

Todo esto se recoge en un estudio realizado con células de ratones y publicado recientemente en la revista especializada Cells del que se desprende que un aumento de la actividad muscular es capaz de inducir la regeneración axonal, imprescindible para que se reestablezcan las funciones perdidas después de una lesión.

Los autores del trabajo, en el que también ha participado el Grupo de Nanobioingeniería del IBEC, liderado por Josep Samitier, el director del Instituto, subrayan la posible utilización de la metodología para modelizar el estudio de otras enfermedades del sistema nervioso como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), cuyo origen se relaciona con la muerte de motoneuronas.

“La plataforma que hemos diseñado nos permite poner en un mismo dispositivo dos tipos de células distintas -las neuronales y las musculares- y modular su actividad mediante estímulos de luz”, apunta del Río, que además de ser uno de los investigadores principales del IBEC es catedrático del Departamento de Biología Celular, Fisiología e Inmunología de la Universidad de Barcelona (UB) y miembro del Instituto de Neurociencia de la UB (UBNeuro) y del Centro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED).

Por último, el catedrático destaca que mediante el uso de este tipo de plataformas se reduce en gran medida la necesidad de experimentar con animales, pues este tipo de experimentación se sustituye por líneas celulares a la hora de llevar a cabo los experimentos. De hecho, el experto espera que pronto se pueda “humanizar” el sistema, es decir, hacer que funcione con células humanas, lo que acercaría los resultados más hacia su posible utilización en pacientes.

marzo 18/2020 (ibercbarcelona)

Los científicos descubrieron que hacer cosquillas en el oído con una pequeña corriente eléctrica a diario durante dos semanas condujo a mejoras tanto fisiológicas como de bienestar, incluida una mejor calidad de vida, estado de ánimo y sueño.

La terapia, llamada estimulación transcutánea del nervio vago, suministra una pequeña corriente eléctrica indolora al oído, que envía señales al sistema nervioso del cuerpo a través del nervio vago. Esto podría ayudar a proteger a las personas de enfermedades crónicas a las que nos volvemos más propensos a medida que envejecemos, como la presión arterial alta, las enfermedades cardíacas y la fibrilación auricular. Los investigadores defienden que esta terapia de cosquillas tiene el potencial de ayudar a las personas a envejecer de manera más saludable, al recalibrar el sistema de control interno del cuerpo.

La autora principal, la doctora Beatrice Bretherton, de la Facultad de Ciencias Biomédicas de la Universidad de Leeds, explica que el oído es como una puerta de entrada a través del cual podemos manipular el equilibrio metabólico del cuerpo, sin la necesidad de medicamentos o procedimientos invasivos. Además, creemos que estos resultados son solo la punta del iceberg. Estamos entusiasmados de investigar más a fondo sobre los efectos y los beneficios potenciales a largo plazo de la estimulación diaria del oído, ya que hasta ahora hemos visto una gran respuesta al tratamiento.

El sistema nervioso autónomo controla muchas de las funciones del cuerpo que no requieren pensamiento consciente, como la digestión, la respiración, la frecuencia cardíaca y la presión arterial. Contiene dos ramas, la simpática y la parasimpática, que trabajan unas contra otras para mantener un equilibrio saludable de actividad.

La rama simpática ayuda al cuerpo a prepararse para una actividad de lucha o huida de alta intensidad, mientras que el parasimpático es crucial para la actividad de descanso y digestión de baja intensidad. A medida que envejecemos y luchamos contra las enfermedades, el equilibrio del cuerpo cambia de tal manera que la rama simpática comienza a dominar. Este desequilibrio nos hace más susceptibles a nuevas enfermedades y conduce al colapso de la función corporal saludable a medida que envejecemos.

Los médicos llevan mucho tiempo interesados en el potencial del uso de corrientes eléctricas para influir en el sistema nervioso. El nervio vago, el nervio principal del sistema parasimpático, a menudo se ha utilizado para la estimulación eléctrica y las investigaciones anteriores han analizado la posibilidad de utilizar la estimulación del nervio vago para combatir la depresión, la epilepsia, la obesidad, el accidente cerebrovascular, el tinnitus y las afecciones cardíacas.

Sin embargo, este tipo de estimulación necesita cirugía para implantar electrodos en la región del cuello, con el gasto que representan y un pequeño riesgo de efectos secundarios. Pero hay una pequeña rama del nervio vago que puede ser estimulada sin cirugía, ubicada en la piel de partes específicas del oído externo.

En Leeds, investigaciones anteriores han demostrado que la aplicación de un pequeño estímulo eléctrico al nervio vago en el oído, que algunas personas perciben como una sensación de cosquilleo, mejora el equilibrio del sistema nervioso autónomo en personas sanas de 30 años.

Otros investigadores en todo el mundo ahora están investigando si esta estimulación transcutánea del nervio vago (tVNS) podría proporcionar una terapia para afecciones que van desde problemas cardíacos hasta salud mental.

En su nuevo estudio, los científicos de la Universidad de Leeds querían ver si tVNS podría beneficiar a los mayores de 55 años, que tienen más probabilidades de tener sistemas autónomos fuera de equilibrio que podrían contribuir a los problemas de salud asociados con el envejecimiento.

Reclutaron a 29 voluntarios sanos, de 55 años o más, y les dieron a cada uno la terapia tVNS durante 15 minutos por día, durante un período de dos semanas. A los participantes se les enseñó a administrarse la terapia en casa durante el estudio.

La terapia provocó un aumento de la actividad parasimpática y una disminución de la actividad simpática, reequilibrando la función autónoma hacia la asociada con la función saludable. Además, algunas personas informaron sobre mejoras en las medidas de salud mental y patrones de sueño.

Los autores sugieren que en el futuro puede ser posible identificar quién tiene más probabilidades de beneficiarse de la terapia, por lo que se puede ofrecer a través de un enfoque dirigido. Creemos que esta estimulación puede marcar una gran diferencia en la vida de las personas, y ahora esperamos realizar más estudios para ver si la estimulación transcutánea del nervio vago puede beneficiar múltiples trastornos, señala la doctora Susan Deuchars, una de las autoras principales del estudio.

agosto 11/2019  (Europa Press) – Tomado del Boletín temático en Medicina. Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.