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Organic Light-Emitting Diodes for Optogenetic Control of Neurons

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OLED para un mayor control de las neuronas

Los OLED podrían pasar a formar parte de la optogenética avanzada, para allanar el camino hacia un conocimiento más profundo de las redes neuronales y las prótesis de nueva generación.

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Aunque no seamos conscientes de ello, las neuronas son el núcleo de nuestra capacidad para comprender nuestro entorno e interactuar con él. Gracias a la optogenética, ahora es posible controlar estas células con alta precisión utilizando luz, lo cual se podría aplicar para curar enfermedades neurológicas o problemas de visión. No obstante, esta técnica se basa en fuentes de luz LED o láser, que carecen de precisión y resolución espacial, lo cual significa que, a menudo, son incapaces de controlar neuronas individuales. «Por lo general, llevar luz de estas fuentes a las zonas relevantes del cerebro en un animal vivo requiere mantener al animal debajo de un microscopio o introducir componentes voluminosos y rígidos que no se adaptan al tejido blando y, en consecuencia, pueden influir en el comportamiento del animal», explica Caroline Murawski, receptora de una beca Marie Skłodowska Curie en la Universidad de St. Andrews. Gracias a la financiación del proyecto NEUROLED (Organic Light-Emitting Diodes for Optogenetic Control of Neurons), Murawski pretende superar esta limitaciones estructurando OLED hasta escalas subcelulares con una resolución extremadamente elevada, de modo que sea posible cambiar rápidamente entre células diana en grandes áreas. La posibilidad de obtener estos OLED sobre sustratos flexibles también significa que se podrían adaptar a la forma del órgano diana en vivo. «Creo que los OLED podrán centrarse en miles de células a la vez y que su flexibilidad mecánica será muy provechosa para la bioimplantación», explica Murawski. El proyecto utiliza fotolitografía para obtener píxeles de OLED con tamaños de 10-100 μm según la resolución espacial deseada. Los OLED emiten colores según el espectro de activación de proteínas fotosensibles introducidas genéticamente e incluyen capas de transporte de carga dopadas eléctricamente con el fin de alcanzar un alto brillo con bajas tensiones de activación, de modo que se genere el mínimo de calor por resistencia, que se podría difundir hacia las células vecinas. Puesto que la eficiencia de los OLED suele disminuir de forma importante con brillos superiores, la Dra. Murawski tuvo que buscar el equilibrio entre los dos aspectos utilizando emisores fluorescentes en lugar de los compuestos fosforescentes que se encuentran de forma generalizada en los OLED comerciales. «Otro problema es la rápida degradación que sufren los OLED cuando entran en contacto con agua», añade Murawski. «Con el fin de poder dirigirse a células con una alta resolución espacial en el entorno acuoso naturalmente necesario para el crecimiento de las células, es necesario proteger los materiales orgánicos con una lámina de encapsulado muy delgada». En este caso, seguimos dos caminos: utilizar óxidos y polímeros obtenidos mediante depósito químico en fase vapor y utilizar láminas de encapsulado de vidrio flexible ultradelgadas». El paso siguiente para Murawski y sus compañeros del grupo del Prof. Malte Gather fue utilizar sus OLED de alto brillo para la prueba de concepto de experimentos de optogenética. Su plan consiste en hacer crecer células directamente encima de los OLED o implantar versiones en miniatura de los dispositivos en animales vivos. Tal como explica Murawski, a continuación, los OLED se alimentan con pulsos de corriente de milisegundos de duración que generan pulsos de luz de alta intensidad que evocan el potencial de acción y activan las neuronas adyacentes. «Para nuestra prueba de concepto hemos utilizado larvas de Drosophila melanogaster (moscas de la fruta), que es un organismo modelo en genética. Hemos demostrado que los OLED alcanzan los niveles de brillo necesarios para estimular las neuronas de las larvas y pudimos controlar el comportamiento de las larvas con nuestros dispositivos. Ahora trabajamos para demostrar que los OLED pueden evocar las ondas de potenciales de acción en cultivos de neuronas primarias y combinar esto con la lectura óptica de la actividad neuronal». Gracias a esta investigación, los neurocientíficos se beneficiarán de una herramienta que permitirá realizar experimentos totalmente nuevos, como estudios del patrón de actividad de la red a medida que se añaden o eliminan neuronas inhibidoras de forma sistemática. Este podría ser un modelo sencillo pero potente para estudiar afecciones médicas como la enfermedad de Alzheimer. «Los OLED flexibles también se pueden utilizar como fuentes de luz bioimplantables para establecer una estimulación bien definida de ciertas partes del cerebro en estudios con animales, o incluso, más adelante, incluso en pacientes». Ya trabajamos con un gran consorcio liderado por Estados Unidos para desarrollar prótesis y esperamos obtener financiación de una entidad sin ánimo de lucro de Reino Unido para desarrollar y utilizar OLED para un estudio de investigación en neurociencia», concluye Murawski.

Palabras clave

NeurOLED, OLED, LED, optogenética, neuronas, red neuronal, prótesis, Alzheimer, Drosophila, neurociencia

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