Biocompatibility and functionality of graphene-based neural interfaces
Les neuropròtesis tenen com a objectiu restaurar les pèrdues funcionals després d'una amputació o de lesions neurals greus. Dins d'una neuropròtesi perifèrica, la interfície entre el nervi i la màquina està destinada a enregistrar senyals neurals i estimular poblacions de fibres nervioses,...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:292978 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/292978 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Neuropróstesis Neuroprostheses Grafè Graphene Grafeno Reacció de cos estrany Foreign body reaction Reacción de cuerpo extraño Ciències de la Salut Tecnologies 616.8 |
| Sumario: | Les neuropròtesis tenen com a objectiu restaurar les pèrdues funcionals després d'una amputació o de lesions neurals greus. Dins d'una neuropròtesi perifèrica, la interfície entre el nervi i la màquina està destinada a enregistrar senyals neurals i estimular poblacions de fibres nervioses, constituint una interfície bidireccional amb alta selectivitat i eficiència. No obstant això, encara són necessàries millores addicionals en la funcionalitat per aconseguir capacitats semblants a les fisiològiques per interactuar elèctricament amb el teixit nerviós. En aquesta tesi s'aborden dos problemes principals que actualment desafien el potencial ús de les neuropròtesis. En primer lloc, la capacitat de la interfície per interactuar amb el teixit nerviós depèn de les seves capacitats elèctriques. Són necessaris materials conductors amb propietats millorades, que incloguin una baixa impedància i una alta capacitat d'injecció de càrrega, per augmentar la selectivitat i durabilitat de la interfície. En segon lloc, després de la implantació de qualsevol dispositiu estrany en el cos, s'inicien una sèrie de processos immunològics coneguts col·lectivament com a reacció de cos estrany (FBR, per les seves sigles en anglès). Aquest procés té com a objectiu destruir o aïllar l'implant de la resta de l'organisme. En conseqüència, la funcionalitat d'un dispositiu dissenyat per interactuar amb els teixits on ha estat implantat es veu compromesa. Per millorar la funcionalitat, s'ha estudiat una nova generació d'interfícies neuronals que reemplaça els elèctrodes metàl·lics amb grafè dissenyat. Aquest nou dispositiu està basat en òxid de grafè reduït i modificat, anomenat EGNITE (Engineered Graphene for Neural Interface). La biocompatibilitat d'EGNITE es va validar in vitro i in vivo. La viabilitat cel·lular en cultiu no es va veure afectada per la presència d'EGNITE. Les proves funcionals i histològiques d'animals implantats amb els dispositius intraneurals que contenien EGNITE van mostrar resultats semblants a altres interfícies intraneurals, sense evidències de dany nerviós o degeneració axonal. Pel que fa a la funcionalitat, els centres actius d'EGNITE en els dispositius van ser capaços d'estimular i registrar selectivament diferents subconjunts d'axons en el nervi ciàtic de les rates. El llindar per a l'activació neuromuscular va ser menor en comparació amb els elèctrodes metàl·lics de mida més gran utilitzats en estudis anteriors. El registre de senyals sensorials amb bona discriminació va ser possible gràcies a la baixa relació senyal-soroll dels elèctrodes d'EGNITE. Per augmentar l'estabilitat crònica de les interfícies neuronals, es va estudiar la metformina com a nou tractament per modular la FBR en implants intraneurals. La metformina va reduir la formació de la càpsula al voltant de la interfície. A més, la combinació de dexametasona i metformina va demostrar ser la teràpia més òptima per reduir tant la reacció inflamatòria primerenca com la reacció fibròtica tardana. En resum, el material basat en grafè EGNITE és adequat per a la integració amb una neuropròtesi, millorant la funcionalitat en comparació amb els elèctrodes metàl·lics. A més, s'ha demostrat que la metformina va disminuir la FBR. També s'ha destacat que les teràpies combinades, que actuen en diferents fases de la FBR, poden ser l'estratègia més òptima per millorar l'estabilitat crònica i la funcionalitat de les interfícies neurals. |
|---|