Os Sensores Graphene podem ler Ondas Neurais de Baixa Freqüência associadas a Estados cerebrais distintos?


O implante biocompatível baseado no grafeno mede com segurança e prevê estados cerebrais.

Sensores CVD Graphene

Os cientistas da Graphene Flagship desenvolveram um sensor baseado em grafeno CVD que detecta sinais cerebrais em uma ampla faixa de freqüência, desde freqüências extremamente baixas até oscilações de alta freqüência. O sensor é biocompatível e pode ser usado para medir e prever os estados cerebrais. Além disso, os sensores de grafeno poderiam ser usados em implantes crônicos devido a sua alta estabilidade no cérebro.


O estudo foi conduzido por cientistas da Graphene Flagship partners do Instituto Catalão de Nanociência e Nanotecnologia (ICN2), do Instituto de Microeletrônica de Barcelona (CSIC), CIBER-BBN e ICREA, Espanha, da Universidade Ludwig-Maximilians, Alemanha, e da Universidade de Manchester, Reino Unido, em colaboração com a parceira da Graphene Flagship Multi Channel Systems GmbH, Alemanha.

Detecção de Ondas Cerebrais

O consórcio mostrou que os sensores baseados em gráficos dão acesso a uma região elusiva de baixa freqüência de atividade cerebral. Os métodos atuais para detectar ondas cerebrais utilizam eletrodos metálicos, que são ineficazes para medir a atividade de muito baixa freqüência - conhecida como a região "infra-suave". Graças à sensibilidade do grafeno, os cientistas podem agora facilmente reunir informações desta região e pintar um quadro melhor da atividade cerebral dos animais. Isto poderia formar a base para novos tipos de tecnologia médica neuroterapeutica.

Usando uma tecnologia desenvolvida pelo ICN2 e pelo Instituto de Microeletrônica de Barcelona, no âmbito dos projetos europeus Graphene Flagship e BrainCom, os cientistas da Graphene Flagship construíram uma série de transistores que registram e transmitem informações de atividade quando implantados no cérebro. O sensor tem pequenos canais na superfície: quando eles fazem contato com o tecido cerebral, os sinais elétricos dentro do cérebro causam pequenas mudanças na condutividade. Estas mudanças produzem um sinal e são registradas para criar uma 'impressão digital' de atividade cerebral.

"Com nossa variedade de dispositivos, baseados em grafeno CVD, podemos gravar sinais da região de infra-baixo nível com altíssima precisão", explica José Garrido, do parceiro da Graphene Flagship ICN2, Espanha. "No cérebro, há uma correlação entre as freqüências mais baixas e mais altas de atividade cerebral, de modo que as freqüências mais baixas tendem a ditar como são as freqüências mais altas". Demonstramos que, medindo a atividade infra-suave, com freqüências abaixo de um décimo de hertz, podemos decodificar os 'estados cerebrais' de um animal". Garrido acredita que esta tecnologia poderia levar a novos tratamentos para doenças cerebrais como a epilepsia, pois certos padrões de sinais característicos poderiam revelar 'estados cerebrais' susceptíveis de levar a convulsões.

Implantação do dispositivo

Para testar o dispositivo, eles o implantaram no cérebro de um rato de comportamento livre, monitorando-o continuamente. Os sinais foram transmitidos sem fio usando um cabeçote eletrônico miniaturizado desenvolvido pelo parceiro industrial Multichannel Systems. Os cientistas descobriram que as características do sinal medidas durante diferentes tipos de atividade cerebral, tais como durante períodos de alta atividade ou durante o sono - os chamados "estados cerebrais" - correlacionavam-se muito bem com os sinais de infra-baixo sinal decodificados pelo implante baseado em grafite.

Além disso, Kostas Kostarelos e colegas da Graphene Flagship parceira da Universidade de Manchester, Reino Unido, testaram a biocompatibilidade dos dispositivos. Eles não encontraram inflamação, a não ser a esperada a partir da implantação do dispositivo, durante todo o período de 12 semanas de duração de seus testes, e o dispositivo não se degradou durante este período.

"É muito notável ver que podemos identificar e correlacionar corretamente os estados cerebrais dos animais com a atividade infra-suave medida", diz Garrido. Agora, o próximo passo será explorar aplicações comerciais. "Já estamos colaborando com algumas empresas interessadas nesta tecnologia, e pretendemos traduzi-la em um produto - e, além disso, levá-la a clínicas e hospitais", conclui ele.

Vetor para Novas Descobertas

Serge Picaud, Vice-Líder do Pacote de Trabalho de Tecnologias Biomédicas da Graphene Flagship, comenta: "As novas tecnologias são sempre um vetor para novas descobertas. Neste caso, os sensores do grafeno nos deram acesso às ondas cerebrais infra-baixas. Registrá-las em modelos animais e pacientes demonstrará se podemos realmente confiar nestas novas medidas para diagnósticos precisos e opções de tratamento em pacientes com doenças cerebrais graves como a epilepsia".

Andrea C. Ferrari, Oficial de Ciência e Tecnologia da Bandeira Graphene e Presidente de seu painel de gestão, acrescenta: "O Graphene Flagship reconheceu o potencial do grafeno e dos materiais em camadas para aplicações biológicas logo no início. Este trabalho notável nos aproxima das aplicações nesta área, com uma nova ferramenta possibilitada pelas propriedades únicas do grafeno".

 


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