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Medicina electrónica: en la intersección de la tecnología y la medicina

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Imagine un futuro en el que su médico pueda inyectar un gel en su tejido y el gel forme un electrodo suave conductor de corriente. Luego, esto puede usarse para tratar la enfermedad del sistema nervioso. Después de un tiempo, el electrodo se disolvió y desapareció. Los investigadores suecos ya han desarrollado el gel y con el tiempo quieren poder conectar la electrónica con el tejido biológico, como el cerebro.

La conductividad del gel inyectable se prueba en un circuito microfabricado.La conductividad del gel inyectable se prueba en un circuito microfabricado.

La conductividad del gel inyectable se prueba en un circuito microfabricado. Crédito de la imagen: Thor Balkhed/Universidad de Linköping

La medicina electrónica es un campo de investigación que no encaja perfectamente en un campo existente.

“En este momento estás hablando con un físico, un químico y conmigo, que tenemos experiencia en biomedicina. Trabajamos junto con científicos de materiales e ingenieros eléctricos para integrar el conocimiento de nuestros diferentes campos. Para que esto funcione, es necesario comprender el cerebro y comprender la química y la física”, afirma Hanne Biesmans, estudiante de doctorado en el Laboratorio de Electrónica Orgánica, LOE, de la Universidad de Linköping.

La investigación a la que se refiere se refiere a la llamada electrónica orgánica, que puede conectarse a tejidos vivos. El objetivo a largo plazo es poder tratar diversas enfermedades del sistema nervioso y del cerebro. Su colega Tobias Abrahamsson es químico.

“La naturaleza interdisciplinaria de nuestra investigación, donde combinamos diferentes aspectos y campos de conocimiento, es muy apasionante. También se podría decir que tengo una motivación más personal, ya que en mi familia hay enfermedades que afectan el sistema nervioso”, afirma.

Se traduce entre biología y electrónica.

Pero ¿qué es la electrónica orgánica? ¿Y cómo podría utilizarse para tratar enfermedades –como la epilepsia, la depresión o el Alzheimer y el Parkinson– que hoy en día son difíciles de tratar?

“En el cuerpo, la comunicación se produce a través de muchas moléculas pequeñas, como neurotransmisores e iones. La señalización neuronal es, por ejemplo, también una onda de iones que da lugar a un impulso eléctrico. Por eso queremos algo que pueda tomar toda esa información y actuar como traductor entre iones y electrones”, dice Xenofon Strakosas, profesor asistente con experiencia en física.

En 2023 lograron, junto con otros investigadores de la Universidad de Linköping, la Universidad de Lund y la Universidad de Gotemburgo, cultivar electrodos de gel en tejido vivo.

“En lugar de utilizar metales y otros materiales inorgánicos para conducir la corriente, se puede crear electrónica utilizando diferentes materiales basados ​​en átomos de carbono e hidrógeno, es decir, materiales orgánicos, que son conductores. Estos son más compatibles con los tejidos biológicos y, por tanto, más adecuados para integrarse, por ejemplo, en el cuerpo”, afirma Tobias Abrahamsson.

Los materiales electrónicos orgánicos son muy útiles para conducir señales biológicas, ya que pueden conducir tanto iones como electrones. Además, son blandos, a diferencia de los metales.
La estimulación cerebral eléctrica ya se utiliza para tratar algunas enfermedades. Se implantan electrodos en el cerebro, por ejemplo para tratar la enfermedad de Parkinson.

“Pero los implantes que se utilizan clínicamente hoy en día son bastante rudimentarios; se basan en materiales duros o rígidos como los metales. Y nuestro cuerpo es suave. Entonces se produce fricción, lo que podría provocar inflamación y formación de tejido cicatricial. Nuestros materiales son más suaves y más compatibles con el cuerpo”, afirma Hanne Biesmans.

Electrodos dentro de plantas.

Hace ya unos diez años, sus colegas de LOE demostraron que podían hacer que las plantas absorbieran una sustancia soluble en agua, que dentro del tallo de la planta formaba una estructura que conduce la electricidad. Una especie de electrodo, es decir, dentro de una planta.

La sustancia en cuestión es el llamado polímero, una sustancia que consta de muchas unidades pequeñas similares que juntas pueden formar largas cadenas mediante un proceso llamado polimerización. En esa ocasión se utilizaron rosas y los investigadores pudieron demostrar que habían creado electrodos orgánicos. Esto abrió la puerta a un nuevo campo de investigación.

“Pero faltaba una pieza. No sabíamos cómo hacer que los polímeros se formaran dentro de los mamíferos y en el cerebro, por ejemplo. Pero luego nos dimos cuenta de que podíamos tener enzimas en el gel y utilizar las propias sustancias del cuerpo para iniciar la polimerización”, dice Xenofon Strakosas.

La idea llevó a los investigadores a poder inyectar la solución similar a un gel ligeramente viscosa en el tejido. Cuando entra en contacto con sustancias propias del cuerpo, como la glucosa, las propiedades del gel cambian. Y los investigadores suecos fueron los primeros en el mundo en lograr éxito con el método utilizado para activar la formación de electrodos en el tejido.

“El gel se autopolimeriza en el tejido y se vuelve conductor de electricidad. Dejamos que la biología lo haga por nosotros”, afirma Xenofon Strakosas.

Además, permanece en el lugar donde fue inyectado. Esto es importante porque los investigadores quieren poder controlar en qué parte del tejido se encuentra el gel. El equipo de investigación ha demostrado que de esta manera pueden hacer crecer electrodos en el cerebro del pez cebra y alrededor del sistema nervioso de las sanguijuelas. Ahora están investigando si también funciona en ratones.

Pero queda un largo camino por recorrer antes de que el tratamiento de enfermedades con el gel se convierta en una realidad. Primero, el equipo de investigación explorará qué tan estable es el gel dentro del tejido. ¿Se estropea al cabo de un tiempo y qué pasa después? Otra cuestión importante es cómo se puede conectar el gel conductor a la electrónica fuera del cuerpo.

“No es lo más fácil de hacer, pero espero que con el tiempo el método pueda usarse para monitorear lo que sucede dentro del cuerpo, hasta el nivel celular. Entonces tal vez podamos entender mejor qué desencadena o conduce a diferentes enfermedades en el sistema nervioso”, afirma Tobias Abrahamsson.

“Queda mucho por resolver, pero estamos avanzando”, afirma Xenofon Strakosas. Sería fantástico si eventualmente pudiéramos usar los electrodos para leer señales dentro del cuerpo y usarlos para investigación o atención médica”.

Escrito por Karin Söderlund Leifler

Fuente: Universidad de Linköping

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