Un grupo internacional de investigadores ha creado una innovadora tecnología basada en grafeno capaz de monitorizar la actividad cerebral tras un accidente cerebrovascular, con el fin de comprender mejor qué ocurre en el cerebro después de un ictus e identificar con precisión las zonas que corren riesgo de sufrir daños adicionales.
El Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), organismo dependiente del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, participa en este trabajo, orientado a poner en manos del personal médico una herramienta que proporcione información en tiempo real sobre el estado del tejido cerebral y contribuya a optimizar las decisiones terapéuticas durante el propio ictus.
El estudio, difundido en la revista “Brain”, ha reunido a especialistas en neurociencia, patología cerebrovascular, ingeniería e investigación en materiales avanzados de la Universidad de Manchester, el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM, CSIC) y el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2), junto al socio industrial Multi Channel Systems, con sede en Alemania.
De acuerdo con el CSIC, en un ictus isquémico una obstrucción interrumpe el aporte de sangre a una región del cerebro, pero el daño no se limita al momento inicial. Sobre el área lesionada se propagan unas ondas de actividad eléctrica anómala, llamadas despolarizaciones corticales propagadas, capaces de provocar un deterioro adicional del tejido. Hasta ahora, medir con exactitud estas señales era muy complejo, porque las tecnologías disponibles no lograban registrar los cambios eléctricos extremadamente lentos implicados en este fenómeno.
Gracias a sensores de grafeno de muy alta sensibilidad, un material bidimensional formado por átomos de carbono procedentes del grafito, colocados sobre la superficie cerebral, el equipo consiguió registrar estas ondas con un nivel de detalle sin precedentes.
El análisis mostró que la morfología de las señales eléctricas aportaba datos clave sobre el estado del tejido circundante. A partir de estas señales fue posible diferenciar entre zonas relativamente conservadas, áreas en situación de riesgo y regiones ya severamente dañadas. Estos experimentos se llevaron a cabo en modelos murinos.
Asimismo, los investigadores comprobaron que dichas señales permitían anticipar cómo iba a reaccionar el flujo sanguíneo ante el paso de la onda eléctrica. En el tejido mejor conservado, el riego sanguíneo aumentaba para favorecer la recuperación, mientras que en las zonas vulnerables el flujo podía reducirse todavía más, intensificando la lesión.
El equipo verificó también que estas respuestas perjudiciales podían modificarse administrando una dosis baja de ketamina, un fármaco ya presente en la práctica clínica. La ketamina acortó la duración de las ondas eléctricas dañinas, cambió la respuesta vascular asociada —de una vasoconstricción potencialmente lesiva a una vasodilatación— y redujo la extensión global del daño cerebral. Estos resultados apuntan a un posible mecanismo que contribuiría a los efectos neuroprotectores de la ketamina tras un ictus.
En conjunto, los datos indican que la monitorización cerebral mediante dispositivos de grafeno podría proporcionar en el futuro una ventana en tiempo real al estado del tejido cerebral durante un accidente cerebrovascular. Esta información permitiría detectar a los pacientes con mayor probabilidad de sufrir daño adicional y facilitaría el desarrollo de nuevas estrategias para proteger el cerebro y mejorar la recuperación funcional.
“En términos generales, el estudio demuestra cómo las tecnologías de vanguardia no solo pueden mejorar la forma en que se mide la actividad cerebral, sino también revelar información nueva e importante sobre cómo se desarrollan las lesiones cerebrales y cómo podrían tratarse”, ha explicado Rob Wykes, investigador de la Universidad de Manchester (Reino Unido).
“Registrar las frecuencias bajas sigue siendo un reto con las tecnologías actuales. Llevamos años desarrollando nuestra tecnología basada en grafeno, cuyos primeros resultados publicamos en 2018, y el reto ha sido estandarizarla y madurarla para su uso en estudios preclínicos de relevancia”, señala Anton Guimerà-Brunet, investigador del CSIC en el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM).
Una alianza científica de largo recorrido
El CSIC subraya que este avance marca un nuevo hito en una colaboración consolidada entre el IMB-CNM, la Universidad de Manchester y el ICN2, cuyo primer logro fue la tecnología de microtransistores de grafeno para registrar señales cerebrales ultralentas, presentada por primera vez en “Nature Materials” en 2018.
Desde entonces, los equipos han seguido perfeccionando soluciones basadas en grafeno para interfaces neuronales, progresando tanto en el registro de señales cerebrales en un amplio abanico de frecuencias como en el diseño de dispositivos capaces de combinar el registro con la estimulación neural, con resultados publicados en “Nature Nanotechnology” y, más recientemente, en “Nature Communications”. Estas tecnologías se desarrollan y validan junto a grupos especializados con el objetivo de explorar su aplicación más allá del entorno estrictamente experimental.