Tecnología Innovadora de neuromodulación para el tratamiento de la epilepsia
La epilepsia es un trastorno encefálico importante que afecta a más de cincuenta millones de personas en todo el mundo. Los pacientes sufren convulsiones repetidas, literalmente «tormentas eléctricas» de activación anormal de las células nerviosas, que causan daños importantes y repercuten negativamente en su calidad de vida. Los compuestos farmacéuticos son ineficaces en el 30-40 % de los casos de epilepsia, por lo que se necesitan métodos alternativos con efectos secundarios mínimos. A lo largo de los años han surgido diversas tecnologías que consisten en enviar minúsculas corrientes eléctricas al encéfalo o manipular células nerviosas mediante campos luminosos, magnéticos o ultrasónicos. Estas tecnologías se asemejan a los dispositivos de marcapasos para el tratamiento de enfermedades encefálicas. Aunque no es necesaria la administración sistémica de fármacos, implican intervenciones invasivas y modificaciones genéticas cuyos efectos a largo plazo se desconocen.
Modulación revolucionaria de los niveles de iones en las neuronas
El equipo del proyecto IN-FET, financiado con fondos europeos, se propuso revolucionar el tratamiento de las crisis epilépticas actuando sobre el principio subyacente de la actividad eléctrica encefálica: los iones. El movimiento de iones a través de las membranas neuronales está en el centro de cualquier actividad cerebral, lo que provoca el disparo neuronal, la transmisión sináptica y la comunicación neuronal. En IN-FET se exploró la visionaria idea de la neuromodulación mediante la actuación iónica a nivel celular. «La idea era regular la actividad eléctrica anormal de las células nerviosas alterando la concentración local de iones clave como el potasio y el calcio, cruciales para la actividad neuronal», explica Michele Giugliano, coordinador del proyecto. El consorcio ha desarrollado un dispositivo que funciona utilizando materiales especiales y diminutos sensores para controlar y supervisar la actividad de las células nerviosas del encéfalo. El dispositivo está compuesto por polímeros electroactivados que pueden cargarse con iones específicos y luego liberarse en el entorno extracelular que rodea a las neuronas, para alterar su comportamiento cuando reciben una señal eléctrica. Estos polímeros se integran con transistores de nanocables ultrasensibles capaces de detectar la actividad eléctrica de células nerviosas individuales. Los transistores penetran en las membranas y detectan la actividad eléctrica celular con una resolución espacial y temporal sin precedentes. El principal avance tecnológico del equipo de IN-FET es que el dispositivo puede autoajustarse continuamente mediante un mecanismo de regulación de bucle cerrado. Si los sensores detectan demasiada actividad, durante una convulsión, por ejemplo, el dispositivo puede liberar iones para calmar las células. Si hay muy poca actividad, puede captar iones para ayudar a las células a estar más activas. Así, el dispositivo puede regular la actividad de las células nerviosas de forma precisa y controlada sin necesidad de fármacos ni cirugía invasiva.
Validación y aplicaciones potenciales
Aunque se requieren más trabajos para evaluar la compatibilidad del sistema de IN-FET en implantes invasivos en humanos, el consorcio ha demostrado con éxito «in vitro» su capacidad para modular la concentración extracelular de iones de potasio en las redes neuronales. El equipo está estudiando la posibilidad de colaborar a nivel internacional para optimizar el rendimiento del sistema de cara a los ensayos con animales muy pronto. Como señala Giugliano: «El concepto de actuación iónica no se limita al tratamiento de la epilepsia. Todos los trastornos de la excitabilidad o las enfermedades neurológicas en los que se utilizan la estimulación eléctrica y los marcapasos encefálicos podrían beneficiarse de nuestra tecnología». El sistema de IN-FET podría adoptarse en aplicaciones de estimulación encefálica profunda de alta frecuencia, como las empleadas en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson. Además, podría utilizarse en el campo de la neuroprótesis para el desarrollo de interfaces encéfalo-máquina más eficientes en implantes de sistemas nerviosos central y periférico. Por último, se están estudiando nuevas vías para la comercialización de la actual tecnología de IN-FET, ya que podría ser muy útil en plataformas de alto rendimiento para el cribado y descubrimiento de fármacos.
Palabras clave
IN-FET, iones, epilepsia, encéfalo, convulsiones, neuromodulación, actividad eléctrica, transistores, polímeros electroactivados
