p A capacidade de direcionar e estimular neurônios traz uma série de benefícios, incluindo melhor compreensão da função cerebral e tratamento de doenças neurológicas. Atualmente, matrizes de microeletrodos (MEAs) de última geração podem estimular neurônios com alta precisão, mas eles não possuem especificidade de tipo celular e requerem implantação invasiva que pode resultar em dano ao tecido - pense nos estimuladores usados ​​para ajudar pacientes com tremores. Professor de Ciência e Engenharia de Materiais, e Engenharia Biomédica, Tzahi Cohen-Karni e sua equipe têm explorado novos materiais para permitir a fotoestimulação remota, ou o uso da luz para estimular as células. p As células podem "falar" umas com as outras enviando e recebendo sinais elétricos. Dentro da membrana de uma célula, um neurônio em nosso cérebro, por exemplo, existem minúsculos poros chamados canais iônicos que permitem que os íons entrem e saiam da célula. Em condições normais, os fluxos de íons através da membrana determinam se uma célula enviará um sinal elétrico para seus vizinhos. Nos últimos anos, pesquisadores mostraram que é possível usar pulsos de luz para alterar as propriedades da membrana celular e eliciar um sinal elétrico que pode controlar a comunicação celular. A equipe de Cohen-Karni visa identificar materiais eficazes no controle das atividades celulares sem causar angústia. Eles reconheceram que o grafeno multidimensional (grafeno difuso) posava como um grande candidato para a estimulação celular, mas descobriram que alguns materiais eram difíceis de produzir e não podiam absorver luz suficiente para transferir luz para calor com eficiência.

p Em sua pesquisa atual publicada pela American Chemical Society, Cohen-Karni focou em flocos de carbonetos / nitretos de metais de transição (MXenes), um nanomaterial bidimensional (2D) exclusivo descoberto pela equipe do Dr. Yury Gogotsi na Drexel University. Foi demonstrado que MXenes exibem excelentes propriedades mecânicas, alta condutividade elétrica, excelentes propriedades eletroquímicas, e, o que é mais importante, são fáceis e baratos de produzir.

p Em vez de estudar o material por suas propriedades em massa, A equipe de Cohen-Karni mediu as propriedades fototérmicas do material em um único nível de floco. A equipe dispersou flocos na superfície do gânglio da raiz dorsal (DRG), células do sistema nervoso periférico, e os iluminou com pulsos curtos de luz. Ao estudar a interface entre células e materiais, ficou claro que os flocos não seriam absorvidos pelas células e Cohen-Karni poderia medir com precisão a quantidade de luz necessária para criar a mudança celular.

p "O que é realmente único sobre os materiais que estamos usando em meu laboratório é que não precisamos usar pulsos de alta energia para obter uma estimulação eficaz, "Cohen-Karni explicou." Ao iluminar pulsos curtos de luz na interface DRG-MXene, descobrimos que a eletrofisiologia da célula foi alterada com sucesso. "

p Então, o que isso significa para o futuro da neurologia? Com uma maior compreensão de como alcançar a estimulação neural e a facilidade de produção de MXene, os pesquisadores podem praticar a fotoestimulação remota com mais eficiência. Por exemplo, pesquisadores poderiam incorporar MXenes em tecidos artificiais projetados na forma de um cérebro, e então usar a luz para controlar a atividade neural e ainda revelar o papel dos neurônios no desenvolvimento do cérebro. Eventualmente, este material pode até ser usado como um tratamento não invasivo para deficiências da função neural, como tremores.

p Outros membros da equipe envolvidos na pesquisa incluíram estudantes de Ciência de Materiais e Engenharia Yingqaio Wang e Raghav Garg; Jane E. Hartung e Michael S. Gold da Universidade de Pittsburgh; Adam Goad e Dipna A. Patel da Drexel University; e Flavia Vitale, da Universidade da Pensilvânia e do Centro de Neurotrauma, Neurodegeneração, e restauração.