Un equipo de investigadores de la Universidad de Linköping, en Suecia, ha desarrollado un dispositivo capaz de influir con luz en las propiedades eléctricas de células y tejidos. Este dispositivo, llamado fotocapacitador electrolítico orgánico (OEPC por sus siglas en inglés), podría sustituir a los electrodos tradicionales, permitiendo que terapias como la estimulación de las células nerviosas sean menos invasivas y no requieran ingeniería genética.
Los investigadores, dirigidos por Marie Jakešová, del Laboratorio de Electrónica Orgánica de la Universidad de Linköping, ya habían demostrado la efectividad de esta técnica en la estimulación de las células ganglionares de la retina de pollos ciegos.
En esta ocasión, han dado un paso adelante, demostrando que el OEPC también funciona en las células a nivel individual.
Funcionamiento
Los experimentos se llevaron a cabo en óvulos de rana africana de uñas (Xenopus laevis). Los resultados mostraron que el OEPC es capaz de modificar con éxito la distribución de la carga eléctrica de la membrana celular.
El dispositivo funciona gracias al acoplamiento capacitivo, que es la transferencia de energía eléctrica en una red, o entre redes distantes, por medio de la corriente de desplazamiento entre los nodos de los circuitos, inducida por el campo eléctrico.
Los investigadores han demostrado que el acoplamiento capacitivo es más eficiente de lo que cabría pensar, dada la presencia de la membrana vitelina (característica de las células del óvulo) en la parte superior de la membrana celular, que dificulta la penetración de la luz. Además, el voltaje experimentado supera el nivel de umbral necesario para disparar las células nerviosas.
Amplificador de la señal
La potencia ampliada, capaz de atravesar dichos tejidos, se debe a que los investigadores emplearon una mezcla específica de materiales orgánicos para fabricar las obleas, las finas planchas de material semiconductor que se utilizan en microelectrónica para construir sobre ellas los microcircuitos. Generalmente se emplea el silicio, pero los nuevos materiales son 100 veces más eficientes.
Al optimizar la combinación de materiales, el dispositivo puede operar en un rango de longitud de onda de entre 630 y 660 nanómetros. Así, los tejidos del cuerpo son prácticamente transparentes para la luz.
"La tecnología que estamos desarrollando pretende ser la técnica más simple y minimalista para estimular artificialmente el tejido nervioso", explica Eric Glowacki, investigador en el Laboratorio de Electrónica Orgánica de la Universidad de Linköping en un comunicado. Esto significa que los nuevos dispositivos tendrán aplicaciones in vivo, como la estimulación del nervio periférico.
De la telecomunicación al tratamiento de los trastornos neuronales
“Las telecomunicaciones modernas se basan en elementos optoelectrónicos: la luz se transduce a señales eléctricas", señala Glowacki. Según los investigadores, vale la pena seguir explorando el camino y la optimización de sus dispositivos OEPC, basados en los mismos principios que las telecomunicaciones modernas.
Los nuevos dispositivos tienen un gran potencial, especialmente porque el prototipo sobrevive a la esterilización y su estabilidad es relativamente constante, incluso después de una gran cantidad de ciclos de iluminación.
Los investigadores creen que, una vez optimizados sus dispositivos, su integración con sofisticadas plataformas implantables puede llevar al tratamiento de trastornos neuronales de una manera menos invasiva y, sobre todo, segura.
Referencia
Optoelectronic control of single cells using organic photocapacitors. M. Jakešová et al. Science Advances, 5 April 2019. DOI: 10.1126/sciadv.aav5265.