p Uma equipe liderada por engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveu nanofios que podem registrar a atividade elétrica dos neurônios em detalhes. A nova tecnologia de nanofios pode um dia servir como uma plataforma para rastrear drogas para doenças neurológicas e permitir que os pesquisadores entendam melhor como as células individuais se comunicam em grandes redes neuronais. p "Estamos desenvolvendo ferramentas que nos permitirão aprofundar a ciência de como o cérebro funciona, "disse Shadi Dayeh, professor de engenharia elétrica na Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs e investigador principal da equipe.

p "Imaginamos que esta tecnologia de nanofios poderia ser usada em modelos cerebrais derivados de células-tronco para identificar os medicamentos mais eficazes para doenças neurológicas, "disse Anne Bang, diretor de biologia celular do Conrad Prebys Center for Chemical Genomics do Sanford Burnham Medical Research Institute.

p O projeto foi um esforço colaborativo entre os laboratórios Dayeh e Bang, neurobiologistas da UC San Diego, e pesquisadores da Universidade Tecnológica de Nanyang em Cingapura e dos Laboratórios Nacionais Sandia. Os pesquisadores publicaram seu trabalho em 10 de abril em Nano Letras .

p Os pesquisadores podem descobrir detalhes sobre a saúde de um neurônio, atividade e resposta a drogas medindo correntes de canais iônicos e mudanças em seu potencial intracelular, que é devido à diferença na concentração de íons entre o interior e o exterior da célula. A técnica de medição de última geração é sensível a pequenas alterações de potencial e fornece leituras com altas relações sinal-ruído. Contudo, este método é destrutivo - pode romper a membrana celular e, eventualmente, matar a célula. Também se limita a analisar apenas uma célula por vez, tornando-o impraticável para estudar grandes redes de neurônios, que são como eles são naturalmente organizados no corpo.

p "As técnicas de medição de alta sensibilidade existentes não são escalonáveis ​​para estruturas semelhantes a tecidos 2D e 3D cultivadas in vitro, "Dayeh disse." O desenvolvimento de uma tecnologia em nanoescala que pode medir mudanças potenciais rápidas e mínimas nas redes celulares neuronais poderia acelerar o desenvolvimento de drogas para doenças dos sistemas nervosos central e periférico. "

p A tecnologia de nanofios desenvolvida no laboratório de Dayeh não é destrutiva e pode medir simultaneamente mudanças potenciais em vários neurônios - com a alta sensibilidade e resolução alcançadas pelo atual estado da arte.

p O dispositivo consiste em uma matriz de nanofios de silício densamente compactados em um pequeno chip padronizado com eletrodos de níquel revestidos com sílica. Os nanofios penetram nas células sem danificá-las e são sensíveis o suficiente para medir pequenas mudanças potenciais que são uma fração ou alguns milivolts de magnitude. Os pesquisadores usaram os nanofios para registrar a atividade elétrica de neurônios que foram isolados de camundongos e derivados de células-tronco pluripotentes induzidas por humanos. Esses neurônios sobreviveram e continuaram funcionando por pelo menos seis semanas, enquanto interagiam com a matriz de nanofios em vitro .

p Outra característica inovadora dessa tecnologia é que ela pode isolar o sinal elétrico medido por cada nanofio individual. "Isso é incomum nas tecnologias de nanofios existentes, onde vários fios estão eletricamente em curto e você não pode diferenciar o sinal de cada fio, "Dayeh disse.

p Para superar esse obstáculo, pesquisadores inventaram uma nova abordagem de ligação de wafer para fundir os nanofios de silício aos eletrodos de níquel. A abordagem deles envolveu um processo chamado silicidação, que é uma reação que liga dois sólidos (silício e outro metal) sem derreter nenhum dos materiais. Este processo evita que os eletrodos de níquel se liquidem, espalhar e causar curto-circuito nas pontas dos eletrodos adjacentes.

p A silicidação é geralmente usada para fazer contatos com transistores, mas esta é a primeira vez que está sendo usado para fazer colagem de wafer padronizado, Dayeh disse. "E como esse processo é usado na fabricação de dispositivos semicondutores, podemos integrar versões desses nanofios com a eletrônica CMOS. ”O laboratório de Dayeh possui vários pedidos de patentes pendentes para essa tecnologia.

p Dayeh observou que a tecnologia precisa de otimização adicional para a triagem de drogas com o cérebro em chip. Sua equipe está trabalhando para estender a aplicação da tecnologia ao rastreamento de drogas heart-on-chip para doenças cardíacas e na Vivo mapeamento do cérebro, que ainda está a vários anos devido a desafios tecnológicos e biológicos significativos que os pesquisadores precisam superar. "Nosso objetivo final é traduzir essa tecnologia em um dispositivo que possa ser implantado no cérebro."