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Un nuevo material dilucida el funcionamiento del cerebro humano

El niquelato de perovskita es perfecto para rastrear el glutamato, una sustancia química utilizada por las neuronas para comunicarse entre sí. Su seguimiento podrá conducir a una mejor comprensión de los trastornos neurológicos y a optimizar el desarrollo de interfaces cerebro-ordenador.

Investigadores de la Universidad de Purdue, en Estados Unidos, han encontrado y probado con éxito en ratones vivos un nuevo material que podría despejar varias incógnitas sobre el funcionamiento del cerebro humano. Se trata del niquelato de perovskita, que resulta ideal para rastrear los niveles de glutamato, una sustancia básica para la comunicación neuronal. De acuerdo a un comunicado, el control de dicha sustancia podrá ayudar a comprender el autismo y otros trastornos.

Además, el uso de este nuevo enfoque también facilitará un mayor desarrollo de las interfaces cerebro-ordenador, al ampliar la información sobre mecanismos cerebrales específicos. Los experimentos permitieron comprobar la eficacia del niquelato de perovskita, que se emplea recubierto con una capa de nafión, un polímero sintético. El hallazgo es parte de un trabajo interdisciplinario entre ingenieros de materiales, ingenieros biomédicos y biólogos.

Los especialistas se fijaron el objetivo de hallar nuevos materiales que sean capaces de detectar neurotransmisores en el cerebro, de los cuales el glutamato es uno de los que cumple una función crucial en la comunicación entre las neuronas. El propósito era rastrear estos químicos con mayor sensibilidad y velocidad.

¿Por qué es tan importante el glutamato? Se trata de un aminoácido utilizado en todas las funciones principales del cerebro. Es responsable del envío y recepción de información para el control de la función motora, el aprendizaje y la memoria. En consecuencia, determinar su incidencia en ciertas áreas del cerebro podría permitir comprender mejor el autismo y otros trastornos similares, ya que la degeneración neural está marcada por una disminución del glutamato.

Análisis con rayos X

El material empleado, el niquelato de perovskita, es un semiconductor que también se utiliza en otros campos y aplicaciones, como células solares o diodos emisores de luz (LED), aprovechando su sensibilidad a ciertos químicos. Se desconocía hasta el momento su uso en el área de los estudios cerebrales.

Vale remarcar que se realizó un análisis de rayos X del material en la Fuente de Fotones Avanzada (APS) del Departamento de Energía de los Estados Unidos. Esto permitió obtener imágenes precisas de las reacciones dentro del material, como así también observar la presencia de varias dosis de glutamato.

Pruebas en ratones vivos

Los científicos probaron el material en cortes cerebrales, pero el gran desafío era comprobar su eficacia en el cerebro de un organismo vivo. Para ello, el nuevo material se implantó en la corteza visual de un ratón bajo anestesia. Una vez que el ratón despertó, los investigadores rastrearon sus respuestas a los estímulos visuales.

Concretamente, le mostraron un patrón de tablero de ajedrez, además de un conjunto de líneas y barras. De acuerdo a los expertos, este tipo de imágenes garantiza una respuesta inmediata del cerebro. Los resultados evidenciaron una mayor sensibilidad y un tiempo de respuesta más rápido que otros materiales sensibles al glutamato.

De ahora en adelante, los científicos buscarán diseñar microagujas lo suficientemente pequeñas como para rastrear el glutamato en áreas específicas del cerebro, trabajando al mismo tiempo con estímulos especializados para cada sector. Los expertos creen que esto permitirá la detección de diferentes tipos de neurotransmisores.

Referencia

In Vivo Glutamate Sensing inside the Mouse Brain with Perovskite Nickelate–Nafion Heterostructures. Yifei Sun, Tran N. H. Nguyen, Adam Anderson, Alexander A. Chubykin et al. American Chemical Society (2020).DOI:https://doi.org/10.1021/acsami.0c02826

Foto: Gerd Altmann. Pixabay.

Pablo Javier Piacente

Pablo Javier Piacente

Pablo Javier Piacente es periodista especializado en comunicación científica y tecnológica.

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