Modelado y simulación de la transmisión de señales eléctricas en la interfase: nanotubos de carbono - neurona para el diseño y la construcción de electrodos neuronales

Los nanotubos de carbono de paredes múltiples han sido propuestos como un material interesante y novedoso en la construcción de la siguiente generación de los electrodos neuronales. En este trabajo se cultivaron células NG108-15 sobre la superficie de un electrodo de nanotubos de carbono de paredes...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: ISRAEL MORALES REYES
Tipo de recurso: tesis doctoral
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2017
País:México
Institución:Universidad Autónoma Metropolitana
Repositorio:Repositorio Institucional de la UAM Iztapalapa
Idioma:español
OAI Identifier:oai:bindani.izt.uam.mx:nz805z68q
Acceso en línea:https://doi.org/10.24275/uami.nz805z68q
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:info:eu-repo/classification/LEM/Neural engineering
info:eu-repo/classification/LEM/Neuroingeniería
info:eu-repo/classification/LEM/Nanotubes
info:eu-repo/classification/LEM/Carbon nanotubes
info:eu-repo/classification/LEM/Nanostructured materials
info:eu-repo/classification/LEM/Nanotubos
info:eu-repo/classification/LEM/Materiales nanoestructurados
info:eu-repo/classification/LEM/Nanotubos de carbono
info:eu-repo/classification/cti/7
Descripción
Sumario:Los nanotubos de carbono de paredes múltiples han sido propuestos como un material interesante y novedoso en la construcción de la siguiente generación de los electrodos neuronales. En este trabajo se cultivaron células NG108-15 sobre la superficie de un electrodo de nanotubos de carbono de paredes múltiples y mediante microscopia de fuerza atómica y microscopía electrónica de barrido, se observa que las células crecieron desarrollando una extensa red de neuritas haciendo contacto íntimo con los nanotubos de carbono; lo que tiene como consecuencia que las células tengan una excelente adhesión con la superficie del electrodo. Estas características son importantes para obtener registros electrofisiológicos con una alta relación señal a ruido. Posteriormente, se estimuló y se registró la actividad electrofisiológica a través del electrodo y se observó que éste último no modifica las condiciones funcionales de la célula. Con el electrodo de nanotubos de carbono de paredes múltiples también fue posible registrar la dinámica de las corrientes iónicas de célula completa mientras que con un microelectrodo de vidrio se registró la magnitud y el curso temporal de los potenciales de acción de manera simultánea, utilizando dos sistemas de “Patch Clamp”. A continuación, un modelo de punto de contacto fue construido para describir este sistema. Por otra parte, se realizó el modelado y la simulación por el método de los elementos finitos de la interfase para describir su comportamiento cuando se estimulaba a la célula con un pulso de voltaje mediante el electrodo de nanotubos de carbono de paredes múltiples. En esta etapa se construyeron las geometrías de la célula, el electrodo y se utilizó el modelo de Hodgkin-Huxley así como la ecuación de continuidad para simular el comportamiento en el tiempo de la célula y del electrodo/medio extracelular respectivamente. Cada geometría de la interfase fue construida como un componente independiente y posteriormente integrado en un sistema que representa la geometría realista de esta; de esta manera, el comportamiento de la interfase fue simulado con diferentes condiciones de operación de acuerdo a las características geométricas. Se plantea que la instrumentación, el desarrollo experimental, el modelado y la simulación desarrollados en este trabajo contribuyen a comprender mejor los mecanismos involucrados en la transmisión de señales eléctricas en la interfase neuronal y son de utilidad en el diseño y el análisis de cualquier tipo de interfase nanoestructurada. Estos conocimientos pueden ser aplicados fundamentalmente en el estudio de la fisiología celular, estudios farmacológicos y en el diagnóstico de enfermedades. Es importante resaltar que el registro de las corrientes iónicas de célula completa obtenido experimentalmente fue hecho de manera extracelular, lo cual es novedoso y de gran utilidad pues permite monitorear la dinámica de estas corrientes durante la producción de potenciales de acción sin la necesidad de tener sistemas de registro complicados. Asimismo, la incorporación de geometrías reales obtenidas por microscopia de fuerza atómica a los modelos de trasmisión de señales eléctricas en la interfase neuronal es también novedoso y, como se puede observar en el trabajo, muestra claramente que existen diferencias en la respuesta celular al estímulo cuando se utiliza una geometría sencilla o una real.

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