Cómo funcionan los implantes de Harvard que pueden detectar actividad cerebral en embriones sin alterar su desarrollo

Desde hace décadas, la neurociencia enfrentó un desafío persistente: observar cómo se forma el cerebro sin intervenir en su delicado proceso de desarrollo. El cerebro embrionario, en constante transformación, plantea enormes dificultades técnicas para los investigadores, ya que sus tejidos son extremadamente sensibles y sus cambios morfológicos acelerados.

Frente a esto, un equipo de científicos de la Universidad de Harvard logró registrar la actividad cerebral en embriones de vertebrados sin afectar su desarrollo ni comportamiento. La investigación fue publicada en Nature y difundida por IEEE Spectrum, donde se describió una tecnología basada en electrodos flexibles implantados en embriones de ranas, ratones y salamandras.

Estos dispositivos se integran en tejidos cerebrales en formación y captan señales neuronales con precisión de milisegundos. El proyecto fue liderado por Jia Liu, profesor asistente de bioingeniería en la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

Electrodos flexibles: nueva bioelectrónica para cerebros en formación

El desarrollo se centra en una malla electrónica ultrafina y elástica, elaborada con un elastómero fluorado capaz de seguir los movimientos y transformaciones del tejido cerebral en evolución. De acuerdo con la Universidad de Harvard, estos electrodos se implantan en la placa neural, una estructura de células madre que, al plegarse, da lugar al cerebro y la médula espinal.

Los primeros materiales utilizados, aunque flexibles, resultaban demasiado rígidos para los tejidos blandos de los embriones. La solución se halló en el perfluoropolietéter-dimetacrilato, un elastómero tan blando como el tejido biológico, pero resistente a los procesos de fabricación a nanoescala.

Asimismo, la Universidad de Harvard explicó que este avance se sustenta en años de trabajo en microelectrónica tisular, que ya había permitido fabricar organoides cardíacos y cerebrales “ciborg” en laboratorio.

Sin embargo, la aplicación en embriones de anfibios representó un reto científico particular por la extrema blandura de sus tejidos, lo que obligó a rediseñar tanto los materiales como la arquitectura del dispositivo.

Resultados experimentales e integración funcional

En los ensayos, el equipo implantó los electrodos en embriones de ranas, ajolotes, ratones y ratas recién nacidas. La revista IEEE Spectrum compartió que en los anfibios, los dispositivos registraron actividad eléctrica en todo el cerebro durante el desarrollo, sin provocar efectos adversos. Sumado a que las pruebas genéticas no mostraron alteraciones en la expresión de genes relacionados con el estrés y las evaluaciones conductuales confirmaron un desarrollo normal.

Un hallazgo notable se dio en los ajolotes, conocidos por su capacidad de regeneración. Al amputar la cola de los renacuajos, se observó un aumento significativo en la actividad cerebral durante la regeneración, similar al de las etapas tempranas del desarrollo.

“Esto sugiere que la actividad cerebral podría desempeñar un papel en la regeneración”, explicó el especialista Jia Liu en declaraciones para IEEE Spectrum. Esta observación abre una posible línea de estudio sobre la modulación del sistema nervioso para promover la regeneración de tejidos.

Además, los sensores implantados en roedores también funcionaron con éxito. Registraron la evolución de la actividad neuronal, desde patrones lentos y sincronizados a dinámicas más rápidas, específicas por región y, finalmente, a comportamientos individuales por célula.

Limitaciones y nuevo paradigma tecnológico

La investigación cerebral en etapas embrionarias enfrentaba limitaciones técnicas. La resonancia magnética funcional (fMRI) no ofrece la resolución suficiente, mientras que los electrodos tradicionales no se adaptan a los cambios morfológicos del cerebro en crecimiento.

De esta manera, los investigadores destacaron que casi toda la tecnología neuronal actual se diseñó para cerebros adultos, lo que deja sin respuesta muchas preguntas sobre el desarrollo temprano. Implantar sensores en la placa neural que se integren de forma natural representa un cambio de paradigma. “Nadie había hecho esto antes”, señaló Jia Liu.

Además del impacto en neurociencia básica, este tipo de monitoreo en tiempo real y a nivel celular podría inspirar nuevos algoritmos de aprendizaje automático, según adelantaron los científicos a partir de los hallazgos obtenidos.

Aplicaciones futuras con diagnósticos y estudios

Esta tecnología también ofrece potencial para explorar trastornos del neurodesarrollo como el autismo, la esquizofrenia y el trastorno bipolar, condiciones que podrían originarse en etapas muy tempranas. “Actualmente, no existe forma de medir la actividad neuronal en ese momento”, explicó el líder de la investigación.

Aplicaciones en embriones humanos fueron descartadas por el equipo debido a motivos éticos. No obstante, Liu anticipó futuras opciones en niños con afecciones cerebrales, donde se necesiten sensores altamente suaves y adaptables al crecimiento del cerebro. Sobre esto, reiteró: “No estamos hablando de implantes en embriones humanos, lo cual es completamente antiético”.

La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard gestiona la protección intelectual del elastómero y licenció su uso a Axoft, empresa cofundada por Liu en 2021. Dicha compañía se especializa en bioelectrónica blanda para interfaces cerebro-máquina, lo que podría acelerar la llegada de esta tecnología al campo clínico.