Investigadores japoneses han desarrollado un nuevo dispositivo optogenético que permite la estimulación óptica de forma simultánea de regiones específicas del cerebro. Se trata de una película de matriz de microLEDs flexible y multipunto, la cual puede fijarse de forma flexible para cubrir el cerebro y puede iluminar regiones específicas del mismo, ya que los microLED están dispuestos a lo largo de múltiples puntos de la misma.
En los últimos años, la optogenética ha permitido manipular la actividad neuronal mediante la luz. Esta técnica requiere un dispositivo emisor de luz, pero actualmente no se han desarrollado dispositivos ópticos que pudieran acoplarse para cubrir tejidos enteros, como el cerebro, y que la luz sólo influyera en las neuronas objetivo, o que pudieran implantarse en un organismo para que la actividad fuera manipulada libremente por la luz.
Para el desarrollo de un dispositivo como el mencionado, se necesita una estructura delgada, ligera y flexible. Por tanto, era necesario establecer una tecnología que permitiera disponer una capa de LEDs de un par de micrómetros de grosor con gran precisión sobre una película ultrafina que no fuera dañina ni tóxica para los tejidos vivos.
En esta ocasión, el grupo de investigación se encargó, por un lado, del desarrollo de una tecnología para formar una estructura de microLEDs de alta densidad, así como de una tecnología de transferencia por lotes de alta precisión utilizando una lámina de liberación térmica. Con ello, se logra desarrollar con éxito una película de matriz de microLED ultrafina y ligera que mantiene las características de iluminación incluso cuando la película se dobla.
Se espera que la aplicación del dispositivo desarrollado cree una nueva área de investigación en neurociencia destinada a comprender de forma exhaustiva la información cerebral que sustenta la relación entre la actividad neuronal, los comportamientos y los trastornos.
Una herramienta optogenética única
En la actualidad se intenta utilizar la luz para manipular la actividad de diversas moléculas funcionales dentro de un organismo. En particular, la optogenética, una técnica para estimular la actividad neuronal con luz mediante la expresión de proteínas fotosensibles que reaccionan a un color específico de luz en las neuronas, tiene una alta resolución temporal y se ha utilizado para dilucidar la función cerebral.
Sin embargo, para dilucidar de forma exhaustiva la compleja red neuronal creada por las neuronas en el cerebro, es necesario emplear una estimulación lumínica que permita manipular libremente determinadas regiones de neuronas distribuidas por una amplia zona del cerebro. La aplicación de fibras ópticas y microscopios convencionales no es suficiente para iluminar ciertas o múltiples regiones al mismo tiempo y además restringe el libre movimiento de los animales.
Es por ello, que el equipo de investigación formado por científicos de la Universidad Tecnológica de Toyohashi, la Universidad Médica de Dokkyo y el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa, trató de utilizar una película flexible que fuera delgada, ligera y plegable, y asumió el reto de fabricar microLEDs microscópicos y ultrafinos de menos de menos de 100μm de tamaño y un par de micrómetros de grosor y disponerlos en múltiples puntos.
Para conseguirlo, el grupo adoptó el método de grabado húmedo anisotrópico utilizando hidróxido de potasio para eliminar selectivamente la capa inferior de LEDs, lo que condujo a la formación de una estructura hueca de microLEDs que se disponen en alta densidad. Como la estructura hueca separa la capa de LEDs del sustrato, sólo se puede retirar la capa de LEDs de una vez utilizando una hoja de liberación térmica sin dañar ni los microLEDs ni las películas de parileno biocompatibles.
Aplicando esta técnica, el grupo ha fabricado con éxito un conjunto de microLED en la película. Esta película montada con microLEDs mantiene el rendimiento lumínico incluso cuando se dobla. También se ha comprobado que se puede obtener luz azul brillante y utilizarla en experimentos optogenéticos reales con la película adherida a la superficie del cerebro de un ratón.
Perspectivas de futuro
La película microLED multipunto desarrollada a través de este estudio tiene un potencial de aplicación muy amplio en relación con la investigación del cerebro, en concreto relacionada con el control de la actividad cerebral en los aspectos espacio-temporales.
Se espera que la aplicación de esta tecnología cree una nueva área de investigación neurocientífica destinada a comprender de forma exhaustiva la información cerebral que sustenta cómo se relacionan las actividades neuronales, los comportamientos y los trastornos. Además, con el desarrollo de moléculas funcionales fotosensibles en el interior de un organismo, se espera que sea posible iluminar con luz las zonas a las que se dirige la medicina y hacerla efectiva en cualquier momento, lo que llevará a la aplicación de la tecnología de fototerapia mediante dispositivos implantados en los organismos.
Los resultados de esta investigación fueron publicados recientemente en Applied Physics Express, puede acceder al paper en el siguiente enlace:
https://iopscience.iop.org/article/10.35848/1882-0786/ac5ba3
Imagen portada: Unsplash
