Hacia la estimulación cerebral sin cables

A pesar de su juventud, Anikeeva está desarrollando una brillante investigación, con publicaciones en las más prestigiosas revistas científicas. Parte de su aún corta pero intensa carrera científica la ha desarrollado en Stanford, en el grupo de Karl Deisseroth , uno de los padres de la optogenética, una novedosa técnica que permite activar y desactivar neuronas a voluntad. El trabajo de Polina Anikeeva se centra en el desarrollo de métodos no invasivos para la estimulación neural in vivo y el diseño de dispositivos optoelectrónicos que permitan el registro y la estimulación de los circuitos neuronales de forma simultánea.

La estimulación del cerebro mediante impulsos eléctricos ha demostrado su eficacia para reducir o eliminar los temblores asociados con la enfermedad de Parkinson, pero el tratamiento se ha mantiene como último recurso, ya que requiere implantar cables en el cerebro, mediante métodos muy invasivos, que se conectan a una fuente de alimentación externa. "En el futuro, nuestra técnica puede proporcionar un medio para un implante sin necesidad cables capaz de proporcionar estimulación al cerebro", resalta Anikeeva.

Para la estimulación sin cables, los investigadores inyectaron en el cerebro de roedores diminutas partículas de óxido de hierro (Fe3O4), también conocido como magnetita o piedra imán, de 22 nanómetros de diámetro. Un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro. Cuando se exponen a un campo magnético externo, capaz de penetrar en el interior de los tejidos biológicos, estas partículas se calientan rápidamente.

Y ese incremento artificial de la temperatura activa las mismas proteínas (receptores de la capsaicina) que el cuerpo utiliza para detectar tanto el calor real como el que produce el picante de algunos alimentos como la guindilla, que contienen capsaicina. Y finalmente, al activarse esos receptores de la capsaicina sensibles al calor, se produce la activación de las neuronas en un zona concreta del cerebro.

Hasta aquí todo parece “sencillo”, ya que las nanopartículas magnéticas utilizadas en esta nueva técnica han servido durante décadas como agentes de contraste en las pruebas de resonancia magnética, por lo que se consideran relativamente seguras para el organismo.

Sin embargo, el equipo de Anikeeva utiliza la virus como vehículos para inducir la sensibilidad al calor en las neuronas seleccionadas. De ahí que los investigadores reconozcan que aunque muy prometedor, les que da mucho trabajo por delante hasta que esta técnica pueda aplicarse en humanos.

Pero los comienzos son buenos: las nanopartículas no tienen prácticamente ninguna interacción con los tejidos biológicos, excepto cuando se calientan, por lo que tienden a permanecer donde han sido inyectadas, lo que permite el tratamiento a largo plazo sin la necesidad de procedimientos más invasivos. "Las nanopartículas se integran en el tejido y permanecen allí durante largo tiempo", explica la investigadora."Así, esa región puede ser estimulada a voluntad mediante la aplicación externa de un campo magnético alterno. El objetivo para nosotros era averiguar si podíamos estimular el sistema nervioso de forma inalámbrica y no invasiva".

Precisamente la importancia de su trabajo radica en que ha demostrado que el enfoque de estimulación cerebral sin cables es factible, pero, reconocen, aún queda mucho trabajo para convertir esta demostración experimental en un dispositivo que pueda ser utilizado en personas.

La idea de utilizar campos magnéticos y partículas inyectables no es nueva. De hecho es un área muy activa de investigación en oncología, que pretendía destruir las células cancerosas mediante mediante el calentamiento de las nanopartículas. "Esta nueva técnica que hemos desarrollado nosotros deriva, en parte, de que esa investigación en cáncer", reconoce Anikeeva. "Calibrando la dosis térmica suministrada, se pueden excitar las neuronas sin matarlas".

Y para ello tuvieron que hacer varias pruebas para dar con el tamaño adecuado de las partículas, con el fin de maximizar su interacción con el campo magnético alterno aplicado. También tuvieron que desarrollar dispositivos para aplicar el campo magnético, porque los utilizados para el tratamiento del cáncer eran demasiado grandes y poco eficientes para esta nueva aplicación.

El siguiente paso para hacer de esto una tecnología práctica para su uso clínico en humanos es "entender mejor cómo nuestro método funciona a través de grabaciones neuronales y experimentos de comportamiento, y evaluar si existen otros efectos secundarios en los tejidos de la zona afectada", explica Anikeeva.

“Hay un eslabón perdido entre el laboratorio y la investigación en neurociencia clínica por un lado y el desarrollo de dispositivos médicos. Tengo la intención de cerrar la brecha entre esos dos mundos mediante el desarrollo de materiales y dispositivos funcionales híbridos para aplicaciones clínicas”, asegura. Su idea es desarrollar materiales híbridos y dispositivos que actúen como intérpretes entre los circuitos electrónicos y los circuitos neuronales. Y con este trabajo se sitúa un paso más cerca de lograrlo.