Os pesquisadores demonstraram com sucesso como é possível fazer a interface do grafeno - uma forma bidimensional de carbono - com os neurônios, ou células nervosas, enquanto mantém a integridade dessas células vitais. O trabalho pode ser usado para construir eletrodos à base de grafeno que podem ser implantados com segurança no cérebro, oferecendo promessa para a restauração das funções sensoriais para pacientes amputados ou paralisados, ou para indivíduos com distúrbios motores, como epilepsia ou doença de Parkinson.

A pesquisa, publicado no jornal ACS Nano , foi uma colaboração interdisciplinar coordenada pela Universidade de Trieste na Itália e o Cambridge Graphene Center.

Anteriormente, outros grupos mostraram que é possível usar o grafeno tratado para interagir com os neurônios. No entanto, a relação sinal-ruído desta interface era muito baixa. Ao desenvolver métodos de trabalho com grafeno não tratado, os pesquisadores mantiveram a condutividade elétrica do material, tornando-o um eletrodo significativamente melhor.

"Pela primeira vez, conectamos o grafeno aos neurônios diretamente, "disse a professora Laura Ballerini, da Universidade de Trieste, na Itália." Em seguida, testamos a capacidade dos neurônios de gerar sinais elétricos conhecidos por representar as atividades cerebrais, e descobriram que os neurônios mantiveram suas propriedades de sinalização neuronal inalteradas. Este é o primeiro estudo funcional da atividade sináptica neuronal usando materiais não revestidos à base de grafeno. "

Nossa compreensão do cérebro aumentou a tal ponto que, fazendo interface direta entre o cérebro e o mundo externo, podemos agora aproveitar e controlar algumas de suas funções. Por exemplo, medindo os impulsos elétricos do cérebro, as funções sensoriais podem ser recuperadas. Isso pode ser usado para controlar braços robóticos para pacientes amputados ou qualquer número de processos básicos para pacientes paralisados ​​- da fala ao movimento de objetos no mundo ao seu redor. Alternativamente, interferindo com esses impulsos elétricos, distúrbios motores (como epilepsia ou Parkinson) podem começar a ser controlados.

Os cientistas tornaram isso possível desenvolvendo eletrodos que podem ser colocados nas profundezas do cérebro. Esses eletrodos se conectam diretamente aos neurônios e transmitem seus sinais elétricos para longe do corpo, permitindo que seu significado seja decodificado.

Contudo, a interface entre neurônios e eletrodos muitas vezes tem sido problemática:não apenas os eletrodos precisam ser altamente sensíveis aos impulsos elétricos, mas eles precisam ser estáveis ​​no corpo sem alterar o tecido que medem.

Muitas vezes, os eletrodos modernos usados ​​para esta interface (com base em tungstênio ou silício) sofrem com a perda parcial ou completa de sinal ao longo do tempo. Isso geralmente é causado pela formação de tecido cicatricial a partir da inserção do eletrodo, o que impede o eletrodo de se mover com os movimentos naturais do cérebro devido à sua natureza rígida.

O grafeno tem se mostrado um material promissor para resolver esses problemas, por causa de sua excelente condutividade, flexibilidade, biocompatibilidade e estabilidade dentro do corpo.

Com base em experimentos realizados em culturas de células cerebrais de ratos, os pesquisadores descobriram que eletrodos de grafeno não tratados têm uma boa interface com os neurônios. Ao estudar os neurônios com microscopia eletrônica e imunofluorescência, os pesquisadores descobriram que eles permaneceram saudáveis, transmitir impulsos elétricos normais e, importante, nenhuma das reações adversas que levam ao tecido da cicatriz prejudicial foi observada.

De acordo com os pesquisadores, este é o primeiro passo para o uso de materiais à base de grafeno puro como um eletrodo para uma interface neuro. No futuro, os pesquisadores vão investigar como as diferentes formas de grafeno, de múltiplas camadas a monocamadas, são capazes de afetar os neurônios, e se o ajuste das propriedades materiais do grafeno pode alterar as sinapses e a excitabilidade neuronal de maneiras novas e únicas. "Esperançosamente, isso abrirá o caminho para melhores implantes cerebrais profundos para aproveitar e controlar o cérebro, com maior sensibilidade e menos efeitos colaterais indesejados, "disse Ballerini.

"Atualmente estamos envolvidos na pesquisa de linha de frente em tecnologia de grafeno para aplicações biomédicas, "disse o professor Maurizio Prato, da Universidade de Trieste." Nesse cenário, o desenvolvimento e a tradução em neurologia de biodispositivos de alto desempenho baseados em grafeno requerem a exploração das interações entre nano e micro folhas de grafeno com a sofisticada maquinaria de sinalização das células nervosas. Nosso trabalho é apenas um primeiro passo nessa direção. "

"Esses resultados iniciais mostram como estamos apenas arranhando a ponta do iceberg no que diz respeito ao potencial do grafeno e materiais relacionados em bioaplicações e medicina, "disse a professora Andrea Ferrari, Diretor do Cambridge Graphene Center. "A experiência desenvolvida no Cambridge Graphene Center nos permite produzir grandes quantidades de material puro em solução, e este estudo prova a compatibilidade do nosso processo com as neurointerfaces. "