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Avances

Innovador implante bioeléctrico promete eliminar el dolor

Ingenieros de la Universidad de Rice desarrollaron el primer implante neural que se programa y carga de forma remota

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El desarrollo de este implante  puede hacer posible que existan dispositivos integrados como una unidad de estimulación de la médula espinal con un transmisor magnético alimentado por una batería portátil en un cinturón.

El microsistema integrado, llamado MagNI (voz en inglés para implante neural magnetoeléctrico), incorpora transductores magnetoeléctricos, que permiten al chip obtener energía de un campo magnético alterno fuera del cuerpo.

El sistema del implante magnetoeléctrico fue desarrollado por Kaiyuan Yang, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática; Jacob Robinson, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática y bioingeniería; y los coautores principales Zhanghao Yu, un estudiante graduado , y el estudiante graduado Joshua Chen, todos en la Escuela de Ingeniería Brown de Rice.

El implante MagNI apunta a aplicaciones que requieren estimulación eléctrica programable de neuronas, por ejemplo, para ayudar a pacientes con epilepsia o enfermedad de Parkinson.

Implante neuronal alimentado desde fuera

"Esta es la primera demostración de que se puede usar un campo magnético para alimentar un implante y también para programarlo, al integrar transductores magnetoeléctricos con tecnologías CMOS (semiconductores complementarios de óxido de metal), proporcionamos una plataforma bioelectrónica para muchas aplicaciones; CMOS es potente, eficiente y económico para tareas de detección y procesamiento de señales", apuntó Yang.

Señaló que el implante MagNI tiene claras ventajas sobre los métodos de estimulación actuales, que incluyen ultrasonido, radiación electromagnética, acoplamiento inductivo y tecnologías ópticas.

"La gente ha estado demostrando estimuladores neuronales en esta escala, e incluso más pequeños; el efecto magnetoeléctrico que utilizamos tiene muchos beneficios sobre los métodos convencionales para la transferencia de energía y datos".

Dijo que los tejidos no absorben los campos magnéticos del implante como lo hacen con otro tipo de señales, y no calentarán tejidos como la radiación electromagnética y óptica o el acoplamiento inductivo. "El ultrasonido no tiene el problema del calentamiento, pero las ondas se reflejan en las interfaces entre diferentes medios, como el cabello, la piel, los huesos y otros músculos".

Estimulación magnetoeléctrica, el futuro

Los componentes del implante prototipo se asientan sobre un sustrato de poliimida flexible con solo tres componentes: una película magnetoeléctrica de 2 por 4 milímetros que convierte el campo magnético en un campo eléctrico , un chip CMOS y un condensador para almacenar energía temporalmente.

El equipo probó con éxito la confiabilidad a largo plazo del implante sumergiéndolo en una solución y probando en aire y agar gelatinoso, que emula el ambiente de los tejidos.

Los investigadores también validaron la tecnología estimulando una Hydra vulgaris, pequeña criatura parecida a un pulpo estudiada por el laboratorio de Robinson, al restringir la hidra con los dispositivos microfluídicos del laboratorio, pudieron ver señales fluorescentes asociadas con contracciones en las criaturas desencadenadas por el contacto con los implantes.

En la generación actual de chips, la energía y la información fluyen de una sola manera, pero Yang dijo que el equipo está trabajando en estrategias de comunicación bidireccionales para facilitar la recolección de datos de los implantes y permitir más aplicaciones.

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