A menudo algunos procedimientos médicos como el monitoreo o uso de impulsos eléctricos (como la cirugía cerebral o mapeo de la epilepsia) requieren el uso de electrodos metálicos.

A menudo algunos procedimientos médicos como el monitoreo o uso de impulsos eléctricos (como la cirugía cerebral o mapeo de la epilepsia) requieren el uso de electrodos metálicos.

Desafortunadamente, la naturaleza metálica, sumado a algunos plásticos en su conformación son rígidos y poco flexibles, lo cual contrasta con la naturaleza de los tejidos del cuerpo suaves y maleables.

Esta diferencia limita los lugares donde se pueden usar con éxito las matrices de electrodos, además de tomar en cuenta la gran cantidad de corriente eléctrica entre un electrodo y su objetivo. Ante estas limitantes e inspirados por las propiedades del tejido humano, científicos del Instituto Wyss de Harvard y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson han creado electrodos flexibles y libres de metales.

Dichos electrodos se ajustan perfectamente a las formas del tejido que lo requiera, desde los pliegues profundos del cerebro hasta los nervios fibrosos del corazón. Este avance permite un uso de impulsos eléctricos más bajo y preciso, así como su uso en áreas del cuerpo difíciles de alcanzar y minimiza el riesgo de daño a los tejidos delicados.

En los laboratorios del Instituto Wyss se desarrollaron hidrogeles de alginato, cuyas aplicaciones incluyen adhesivos quirúrgicos y encapsulación unicelular gracias a su viscoelásticidad. Al mismo tiempo, se observó que esta característica podría ser utilizada sobre los tejidos al poder adaptarse a la forma necesaria.

Dada su experiencia en ingeniería neuronal, la investigadora Christina Tringides decidió intentar crear electrodos viscoelásticos que pudieran coincidir con los del cerebro para una monitorización neuroeléctrica más segura y eficaz. Los electrodos estándar están hechos de matrices conductoras de metal contenidas dentro de una película de plástico delgada y son hasta un millón de veces más rígidas que el cerebro.

Primeramente, el equipo probó distintas mezclas de hidrogeles de alginato que pudiesen adaptarse sin ningún inconveniente a los tejidos vivos. Después de experimentar con diversas mezclas de hidrogel, optaron por aquella versión que logró adaptarse a las propiedades mecánicas del tejido cerebral y cardíaco.

Posteriormente, se probó el hidrogel en un «cerebro» falso hecho de agarosa similar a la gelatina y compararon su desempeño con electrodos convencionales. Se concluyó la ventaja de los electrodos de hidrogel de alginato sobre los electrodos convencionales, ya que los primeros tuvieron el doble de contacto con el cerebro simulado en comparación con los convencionales. Se probaron también de manera prolongada durante dos semanas y al momento de ser retirados, el electrodo convencional regresó a su forma original.

Por el contrario, el hidrogel de alginato permaneció en posición todo el tiempo y conservó su forma de cerebro después de la extracción.

«Nuestros electrodos a base de hidrogel toman la forma de cualquier tejido sobre el que se colocan y abren la puerta a la creación de dispositivos médicos personalizados y menos invasivos», dijo Tringides.

Teniendo una matriz flexible, el hidrogel no podía tener materiales metálicos en su composición debido a la limitante de la flexibilidad. En consecuencia, los investigadores desarrollaron una combinación de escamas de grafeno y nanotubos de carbono como su principal candidato. Mediante esta combinación de materiales crearon vías porosas y conductoras de electricidad suficientemente flexibles y sin
tener rupturas o rasgaduras.

Actualmente, el equipo continúa desarrollando sus dispositivos y está trabajando en modelos animales in vivo con miras hacia la disponibilidad de su uso durante procedimientos médicos como la cirugía de extirpación de tumores cerebrales.

También esperan que esta nueva tecnología permita realizar el registro eléctrico y la estimulación en partes del cuerpo que hoy en día son inaccesibles para los dispositivos disponibles comercialmente.

 

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