31 January 2016 / Descobrir uma maneira de permitir que os eletrodos interajam diretamente com os neurônios sem prejudicá-los é uma das tarefas mais urgentes da neurociência hoje. A resolução deste dilema poderia ter implicações de longo alcance para o tratamento de uma série de distúrbios neurológicos como a doença de Parkinson ou restaurar funções sensoriais para amputados ou pacientes paralisados. Mas até agora o curso tem sido lento devido à complexidade e sensibilidade do cérebro humano.
No entanto, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Trieste da Itália e do Cambridge Graphene Center fez recentemente progressos significativos nessa direção, quando se demonstrou com sucesso que o grafeno não tratado pode ser usado para fazer a interface com os neurônios sem danificar sua integridade.
"Pela primeira vez nós interfaceamos o grafeno diretamente para os neurônios", disse a professora Laura Ballerini, da Universidade de Trieste, na Itália, em um comunicado de imprensa. "Nós então testamos a capacidade dos neurônios para gerar os sinais elétricos conhecidos para representar atividades do cérebro, e descobrimos que os neurônios mantiveram as suas propriedades neuronais de sinalização inalteradas. Este é o primeiro estudo funcional da atividade sináptica neuronal usando materiais à base de grafeno não revestido."
A pesquisa da equipe, publicado na ACS Nano, detalha como ele é utilizado em culturas de células de cérebro de ratos para descobrir que os eletrodos de grafeno não tratados interfaceiam perfeitamente com os neurônios. Outros grupos tinham mostrado que previamente tratados como grafeno (grafeno tipicamente revestidas em peptídeos, cadeias de aminoácidos que "favorececiam a coesão neuronal") podem ser utilizados para interagir com os neurônios, embora isto produziu um sinal relativamente baixo e taxa de ruído, quando comparado com o grafeno não tratado.
Grafeno, uma estrutura em favo de mel feita de átomos de carbono que pode ser 100 vezes mais forte do que o aço, tem um número de propriedades vantajosas, quando comparados com outros materiais que são utilizados com frequência para fazer eletrodos para implantes cerebrais, tais como silício e tungsténio. Os eletrodos feitos a partir destes últimos materiais muitas vezes sofrem de uma perda parcial ou total de sinal ao longo do tempo, devido à formação de tecido cicatricial entre a inserção dos eletrodos. Este tecido cicatricial bloqueia parcial ou completamente os impulsos elétricos que normalmente se propagariam sem problemas através de matéria cinzenta, então o truque é descobrir como implantar um eletrodo sem danificar neurônios sem acionar assim o acúmulo de tecido cicatricial em torno do eletrodo.
Entre grafeno, que possui uma excelente condutividade, plasticidade, e biocondutividade no corpo, tornando-se o material ideal para a fabricação de eletrodos que podem ser implantados sem promover a formação de tecido cicatricial.
Como os detalhes da equipe em seu relatório, que costumava usar microscopia eletrônica e imunofluorescência para estudar como o grafeno interage com culturas de neurônios e descobriu que os neurônios permaneceram saudáveis e capazes de transmitir sinais elétricos normalmente sem quaisquer reações adversas que levam à formação de tecido cicatricial .
"Esperamos que isso pavimente o caminho para melhores implantes cerebrais profundos para os males e que controlem o cérebro."
"Estamos atualmente envolvidos em pesquisa de linha de frente na tecnologia de grafeno para aplicações biomédicas", disse o professor Maurizio Prato da Universidade de Trieste. "Neste cenário, o desenvolvimento e tradução em neurologia de biodispositivos de alto desempenho baseados em grafeno requer a exploração das interações entre o grafeno nano e micro-folhas com a sofisticada maquinaria de sinalização das células nervosas. Nosso trabalho é apenas um primeiro passo na nessa direção. "
Os eletrodos de grafeno imaginados pela equipe poderiam ter implicações de longo alcance para o tratamento de uma série de distúrbios neurológicos, que vão desde a doença de Parkinson para restauração sensorial para amputados ou pacientes paralisados. Nossa compreensão do cérebro é tal que agora sabemos como manipular impulsos elétricos para controlar um braço robótico, ou interferir com os sinais elétricos para o tratamento de desordens motoras (como Parkinson ou epilepsia). O dilema é na tentativa de descobrir uma maneira de integrar com sucesso eletrodos capazes de manipular esses impulsos elétricos na forma desejada sem danificar o tecido cerebral no processo, o que é exatamente o que faz o sucesso da equipe Cambridge-Trieste com o grafeno, um grande negócio.
Embora Prato chama-lhe "apenas um primeiro passo" nesse sentido, é um primeiro passo muito significativo. Agora que a equipe teve um sucesso inicial com neuro-interface de grafeno intocado, ele espera realizar mais pesquisas com diferentes formas de grafeno, como o multi-camada ou monocamada, para ver como a alteração das propriedades do material do grafeno afeta as conexões neurais.
"Esses resultados iniciais mostram como estamos apenas arranhando a ponta de um iceberg quando se trata de o potencial do grafeno e materiais relacionados em bio-aplicativos e medicina", disse a professora Andrea Ferrari, Diretora do Cambridge Graphene Centre. Este sentimento foi ecoado por Ballerini, que de forma otimista acrescentou: "Esperemos que isto pavimente o caminho para melhores implantes cerebrais profundos para ambos males e controlem o cérebro, com maior sensibilidade e menor número de efeitos colaterais indesejados." Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Mother Board Vice.
Os Avanços do grafeno cada vez mais perto de nós
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