Una tecnologia de grafè ofereix informació en temps real sobre la vulnerabilitat neuronal després d'un ictus

Un equip de científics ha desenvolupat una nova tecnologia basada en grafè que monitora el cervell per a comprendre millor què succeeix en aquest òrgan després d'un accident cerebrovascular i identifica àrees en risc de sofrir danys addicionals. L'objectiu és oferir a la comunitat mèdica una eina amb informació en temps real sobre les condicions del teixit cerebral per a millorar el tractament durant l'ictus.

La recerca, publicada en la revista Brain, va posar en contacte a experts en neurociència, recerca sobre accidents cerebrovasculars, enginyeria i materials avançats de la Universitat de Manchester, l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM, CSIC) i l'Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) a Barcelona, juntament amb el soci industrial Multi Channel Systems a Alemanya.

Quan una persona sofreix un atac cerebrovascular isquèmic, una obstrucció irromp el flux sanguini a una part del cervell. No obstant això, el mal no es deté immediatament. Unes ones d'activitat elèctrica alterada, conegudes com depolaritzacions corticals propagades, es desplacen pel cervell lesionat i poden causar danys addicionals. Fins ara, ha resultat difícil mesurar aquests senyals amb precisió, ja que les tecnologies existents no són capaces de capturar els canvis elèctrics extremadament lents que intervenen en el procés.

Mitjançant l'ús de sensors de grafè d'alta sensibilitat col·locats en el cervell, l'equip va aconseguir registrar aquestes ones elèctriques amb un nivell de detall sense precedents. Van descobrir que la forma dels senyals elèctrics revelava informació important sobre l'estat del teixit cerebral circumdant. Els senyals permetien distingir entre teixit relativament sa, teixit en risc i teixit que ja greument afectat. Aquestes proves es van realitzar en models de ratolí.

Així mateix, els investigadors van trobar que aquests senyals podien predir com respondria el flux sanguini a l'ona elèctrica. En el teixit més sa, el flux sanguini augmentava per a ajudar el cervell a recuperar-se de l'esdeveniment; mentre que en el vulnerable el flux podia disminuir encara més, agreujant la lesió.

L'equip va demostrar que aquestes respostes perjudicials podien modificar-se mitjançant l'ús d'una dosi baixa de ketamina, un fàrmac ja utilitzat en medicina. La ketamina va reduir la durada de les ones elèctriques nocives, va transformar la resposta del flux sanguini associada (passant d'una vasoconstricció potencialment nociva a una vasodilatació) i va disminuir l'extensió total del dany cerebral. Aquestes troballes revelen un possible mecanisme que podria contribuir als efectes neuroprotectors de la ketamina després d'un accident cerebrovascular.

Els resultats suggereixen que el monitoratge cerebral basat en grafè podria oferir algun dia a la comunitat mèdica una finestra en temps real a l'estat del teixit cerebral durant un accident cerebrovascular. Això ajudaria a identificar als pacients amb major risc de sofrir lesions addicionals i recolzaria el desenvolupament de nous tractaments destinats a protegir el cervell i millorar la recuperació.

En termes generals, "l'estudi demostra com les tecologies d'avantguarda no sols poden millorar la forma en què es mesura l'activitat cerebral, sinó també revelar informació nova i important sobre com es desenvolupen les lesions cerebrals i com podrien tractar-se", apunta Rob Wykes, de la Universitat de Manchester.

El primer autor de l'estudi és Samuel Flaherty, de la Universitat de Manchester. Els autors de correspondència són Anton Guimerà-Brunet, de l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM, CSIC), i Rob Wykes, de la Universitat de Manchester i el UCL Queen Square Institute of Neurology. 

"Registrar les freqüències baixes continua sent un repte amb les tecnologies actuals. Portem anys desenvolupant la nostra tecnologia basada en grafè, els primers resultats del qual publiquem en 2018, i el repte ha estat estandarditzar-la i madurar-la per al seu ús en estudis preclínics de rellevància", explica Anton Guimerà-Brunet, de l'IMB-CNM.

Una col·laboració consolidada

Aquest avanç suposa una nova fita en una col·laboració de llarga trajectòria entre l'IMB-CNM, la Universitat de Manchester i l'ICN2, la primera fita del qual és la tecnologia de microtransistors de grafè per al registre de senyals cerebrals ultralentes publicat originalment en Nature Materials a la fi de 2018.

Des de llavors, els equips han continuat desenvolupant tecnologies de grafè per a interfícies neuronals, avançant tant en el registre de senyals cerebrals en un ampli rang de freqüències com en dispositius capaços de combinar registre i estimulació neural, amb treballs publicats en Nature Nanotechnology i, més recentment, en Nature Communications. Aquestes tecnologies es desenvolupen i validen en col·laboració amb grups especialitzats per a explorar la seva aplicació més enllà del laboratori.

_{Article de referència: Samuel M Flaherty, Ahmed Eladly, Kate Hills, Jill Merlini, Lorena F Fernandes, Eduard Masvidal-Codina, Xavi Illa, Elisabet Prats-Alfonso, Elena Del Corro, Jose A Garrido, Jannis Meents, Christoph Jeschke, Rainer Mohrlok, Kostas Kostarelos, Stuart M Allan, Anton Guimerà-Brunet, Robert C Wykes, Perfusion-dependent spreading depolarization signatures identify tissue vulnerability in stroke, Brain, 2026; awag305, https://doi.org/10.1093/brain/awag305}