Para registrar la actividad del cerebro, los neurocirujanos colocan sobre su superficie unos sensores llamados bioelectrodos. Son láminas finas que captan las señales que emiten las neuronas. El problema es que se fabrican con un diseño único, pensado para servir a todos los pacientes por igual, cuando en realidad la disposición de los pliegues del córtex, los giros y los surcos en específico, cambia de una persona a otra según la edad, el sexo, el peso o la estatura.
Un grupo de la Universidad Estatal de Pensilvania, dirigido por el profesor Tao Zhou, acaba de publicar en Advanced Materials una alternativa: bioelectrodos de hidrogel impresos en 3D a partir de la resonancia magnética del propio paciente.
Electrodos impresos en 3D y adaptados perfectamente a la geometría de modelos de cerebros humanos.
El flujo de trabajo para conseguir el sensor personalizado es más “sencillo” de lo que parece. Una resonancia sirve de punto de partida. Sobre ella, se aplica un análisis de elementos finitos, “un proceso que crea una simulación detallada de la estructura neuronal de una persona”, y se reconstruye un modelo 3D. Un software diseña entonces un electrodo cuya forma sigue las crestas y los surcos específicos de ese cerebro. Finalmente, ese diseño se imprime por direct ink writing.
El material, un hidrogel con alto contenido en agua, se comporta como el tejido blando. Para que al ablandarse no pierda resistencia, Zhou y su equipo optaron por una arquitectura inspirada en un panal de abeja. La pieza pesa menos, utiliza menos material y se fabrica rápido.
Los investigadores fabricaron electrodos a medida para 21 cerebros distintos y midieron cómo se acoplaban a la superficie cortical. En todos los casos, el ajuste superó al de los diseños tradicionales. Probados en ratas durante 28 días, los sensores funcionaron sin provocar una respuesta inmune ni degradación de la señal, y sin interferir en la circulación del líquido cefalorraquídeo, algo que los electrodos rígidos sí suelen alterar.
El equipo plantea este trabajo como una base para futuras aplicaciones clínicas. Primero la monitorización de enfermedades neurodegenerativas y, más adelante, el tratamiento. La idea es que un hospital pueda recibir una resonancia por la mañana y entregar al neurocirujano, esa misma tarde, un electrodo impreso según la anatomía exacta del paciente.
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*Foto de portada: Bioelectrodos flexibles con estructura en forma de panal de abeja para permitirles estirarse sobre la superficie del cerebro sin perder resistencia. Créditos de todas las fotos: Tao Zhou/Penn State.