Una pequeña lanza hecha de nanotubos de carbono es capaz de sondear la actividad eléctrica inte a de una sola neurona, dando a los investigadores una visión más precisa de cómo responden las neuronas a las señales de sus células vecinas. El sondeo del cerebro a esta resolución podría ser vital dentro de los esfuerzos por comprender y mapear su función con nuevo detalle (ver "La importancia del proyecto de mapeo del cerebro impulsado por Obama").
Los 'arpones' neuronales solo tienen entre 5 y 10 micrómetros de ancho y pueden perforar una célula viva para medir los cambios eléctricos asociados con la señalización neuronal. En láminas diseccionadas de tejido cerebral de ratón aún activo, investigadores de la Universidad de Duke (EE.UU.) fueron capaces de registrar [información] desde el interior de una neurona a la vez.
"Que sepamos, nuestro estudio muestra el primer registro intracelular con nanotubos de carbono en neuronas de vertebrados", señala Bruce Donald, bioquímico y científico informático en la Universidad de Duke, y autor del estudio, que fue publicado en PLoS ONE el pasado miércoles.
Los nanotubos de carbono tienen una gran cantidad de propiedades que resultan muy convenientes para el registro cerebral, señala Donald: son fuertes, compatibles con los tejidos corporales y conducen bien la electricidad. Sin embargo, los dispositivos anteriores construidos a partir de nanotubos de carbono han sido demasiado cortos o anchos y no servían bien para el registro en el interior de las células. Por su lado, las sondas construidas por los investigadores de Duke tenían alrededor de un milímetro de largo y podían usarse para registrar la actividad eléctrica de forma más precisa que las típicas configuraciones de vidrio o electrodos metálicos.
Foto: El neuroarpón tiene una punta muy afilada.
El equipo fue capaz de detectar pequeños cambios en la actividad eléctrica de la célula, cambios correspondientes a las señales de entrada que la neurona estaba recibiendo de otras neuronas. Una neurona cortical media puede recibir señales de alrededor de 10.000 otras neuronas, señala Richard Mooney, neurocientífico de la Universidad de Duke y coautor del estudio. "A nivel individual, generan señales muy pequeñas", asegura. En conjunto, la colección de señales es analizada por la neurona receptora, y esta decide si activarse o no.
Los registros intracelulares podrían ser útiles para el mapeo de las conexiones funcionales entre las neuronas, uno de los objetivos de la iniciativa BRAIN, que ha sido recientemente lanzada en EE.UU. (ver "El mapa de la actividad cerebral"). "Al ser capaces de ver el interior de la célula y medir pequeños cambios de voltaje, obtenemos acceso a la red que se comunica con dicha célula", afirma Mooney.
Los investigadores utilizaron una 'ingeniosa técnica' para construir el dispositivo, señala Takashi Kozai, ingeniero neural que no participó en el estudio. Comenzando con la punta de un alambre de tungsteno, construyeron una larga sonda con forma de aguja hecha de nanotubos de carbono enredados. A continuación, recubrieron la sonda con un material aislante y utilizaron un haz de iones para bombardear la punta, eliminando el aislamiento de la zona y reduciéndola hasta lograr una punta fina.
"Con esta técnica, podemos hacer que [las sondas] tengan la longitud que queramos", asegura Kozai, que también está desarrollando electrodos microscópicos para registrar la actividad neuronal. El trabajo "sienta las bases para la fabricación de dispositivos aún más estrechos, tal vez del orden de 100 nanómetros en vez de micras", señala.
Además de en láminas de cerebro diseccionado, el equipo probó su electrodo delgado en ratones anestesiados, a pesar de que no fueron capaces de obtener grabaciones del interior de las células cerebrales de estos animales. Sin embargo, si las futuras versiones de la punta de nanotubos logran ser aún más afiladas, podrían ser capaces de perforar mejor las células de cerebros blandos y esponjosos, asegura Kozai. Si eso resulta posible, y si el dispositivo logra ser estable en cerebros vivos a lo largo del tiempo, podría ayudar a los investigadores a explorar cómo aprende y recuerda un cerebro vivo.
"Si logran registrar de manera estable la misma célula longitudinalmente", afirma Kozai, "eso podría utilizarse para trazar el cambio de las neuronas durante la formación de la memoria y el aprendizaje".