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Biosensors Ultra-Pequenos do microelétrodo para a análise de lesão cerebral

Thought LeadersStéphane MarinescoAssociate ProfessorLyon Neuroscience Research Center

Uma entrevista de Stéphane Marinesco, professor adjunto no centro de pesquisa da neurociência de Lyon em Inserm, discutindo a revelação de biosensors ultra-pequenos do microelétrodo para a análise de lesões cerebrais traumáticos, sem os riscos de biosensors convencionais do microelétrodo. Esta entrevista foi conduzida em Pittcon 2019.

Por que é importante monitorar mudanças químicas no líquido intersticial que segue uma lesão cerebral traumático (TBI)?

Para os pacientes severamente feridos que podem estar em um coma, para ter parado a fala ou seja incapaz de responder ao exame clínico, necessidade dos médicos de usar o equipamento para compreender como o cérebro está recuperando. Para monitorar a actividade de cérebro, os biosensors podem ser usados para analisar o líquido intersticial do cérebro. Disto, nós poderíamos fazer decisões clínicas e a terapia iniciada se necessários.

Apoptosis (morte celular) de um neurônio após ferimento isquêmico ao cérebro.Kateryna Kon | Shutterstock

Que mudanças metabólicas são consideradas tipicamente no cérebro ferido?

Para lesões cerebrais severas, nós monitoramos geralmente os metabolitos como a glicose, o lactato, e o piruvato, que nos dizem como o cérebro está fazendo a energia. Há os testes padrões específicos que podem nos dizer se o cérebro está recuperando ou não.

Por exemplo, se o cérebro se está reparando, está indo consumir muita glicose, assim que você pode ver a concentração ir para baixo. Muitos lactato e piruvato são produzidos neste processo, assim que você verá as concentrações ir acima. Aquele é um bom sinal. Pelo contrário, se o cérebro não pode produzir a energia, você verá que o lactato para ir acima e o piruvato vão para baixo. Isto pode ser detectado com microdialysis do cérebro, e provavelmente com biosensors do microelétrodo no futuro.

Por que são os biosensors do microelétrodo úteis para a detecção de mudanças do neurochemical no líquido intersticial do cérebro?

Os biosensors do microelétrodo são úteis porque podem ser miniaturizados aos tamanhos muito pequenos. Isto ajuda em impedir ferimento ao cérebro ao introduzir a ponta de prova. Uma outra vantagem é que podem fornecer em segundo por segundos dados, permitindo que nós observem muito rápido e o transeunte muda ir sobre no cérebro.

Que são as limitações principais de biosensors convencionais do microelétrodo?

A limitação principal é o tamanho das pontas de prova. Nós temos que introduzir a ponta de prova a fim compreender a química dentro do cérebro. Isto pode ferir o cérebro, especificamente os vasos sanguíneos pequenos que estão no tecido. Isto cria dois problemas. Em primeiro lugar, causa dano mais adicional ao cérebro, e em segundo lugar, reduz a validez dos dados.

Mesmo se nós não causamos nenhum dano, um outro problema é que nós não sabemos se o tecido circunvizinho se comporta diferentemente quando uma ponta de prova estêve introduzida. Contudo, os biosensors do microelétrodo actualmente são testados nos animais e representam um avanço principal comparado às técnicas convencionais tais como o microdialysis intracerebral.

Por favor pode você descrever os biosensors ultra-pequenos do microelétrodo que você desenvolveu?

Os biosensors do microelétrodo consistem em um microelétrodo com uma enzima imobilizada na ponta. É basicamente um ensaio de enzima que seja miniaturizado a um tamanho muito pequeno. Os biosensors convencionais do microelétrodo levam muitos riscos, como mencionado acima. Dentro de minha equipa de investigação, nós desenvolvemos um biosensor ultra-pequeno que fosse 12 mícrons no diâmetro usando fibras do carbono. Isto é incredibly pequeno e nós somos orgulhosos ter conseguido isso.

BioSensors no traumatismo do cérebro de AZoNetwork em Vimeo.

Que você viu quando os biosensors foram implantados em um modelo do rato? Por que era isto significativo?

Quando os biosensors foram implantados em um modelo do rato, nós vimos níveis diminuídos do oxigênio e níveis do lactato no cérebro. Isto mostrou que as avaliações que da concentração nós tínhamos vindo acima com baseado em dados dos biosensors convencionais do microelétrodo não eram completamente exactas. Nós podíamos então ajustar as avaliações a algo que é mais perto da realidade, assim que o teste era realmente importante.

Nós igualmente encontramos que os vasos sanguíneos pequenos em torno do sensor estiveram preservados. Isto sugere que nossas pontas de prova sejam menos prováveis ferir o tecido circunvizinho quando são introduzidas e removidas. Isto será importante se nós queremos aplicar nossos sensores aos pacientes.

Por que você escolheu usar fibras platinized do carbono?

A platina é realmente o material da escolha para fazer biosensors do microelétrodo. Contudo, o problema com fios de platina é que tendem a ser grossos. Além disso, a platina é um metal macio, assim que se você faz os fios demasiado finos, o tudo isto dobrar-se-á, fazendo o impossível manipular.

Para resolver esta edição, nós giramos para fibras do carbono. As fibras do carbono são muito rígidas e podem ser manipuladas facilmente. O único problema com carbono é que não é um bom material eletroquímico para fazer o tipo dos ensaios que nós queremos fazer.

Assim, nós decidimos combinar as duas propriedades planejando uma maneira de cobrir a fibra do carbono com a platina. Fazendo isso, nós obtivemos um objeto ultra-pequeno com todas as propriedades químicas da platina, dando nos ambas as vantagens junto.

Por que é importante poder monitorar o cérebro segundo-por-segundo após um TBI?

Nós sabemos que aquele no cérebro ferido lá é alguns eventos patológicos muito rápidos e transientes que nós queremos poder ver, assim que é importante para toda a técnica ter uma definição temporal alta. Um exemplo deste é a despolarização de espalhamento cortical, onde as ondas da despolarização espalham através do cérebro através dos nervos e das pilhas glial. Estas pilhas são despolarizadas junto e propagam no cérebro antes de desaparecer. Os últimos inteiros do processo aproximadamente cinco minutos.

Nós precisamos de poder descrever cada fase de processos como a despolarização de espalhamento cortical para que os médicos compreendam se estas ondas ocorrem, o que as assinaturas químicas são, e se levanta uma ameaça à saúde do paciente ou não. Poder observar este segundo-por-segundo é excelente. Nós poderíamos igualmente ter um ponto de dados por dez segundos, mas em segundo pelo segundo somos realmente o que nós estávamos apontando para.

Que outros benefícios os biosensors novos oferecem sobre biosensors convencionais?

A vantagem principal de nossos biosensors ultra-pequenos é seu tamanho, que permite que nós os implantem e os removam sem ferimento ao paciente ou ao animal. Além, porque nós não estamos ferindo o tecido, nossos valores químicos são muito mais exactos e relevantes ao estado real do cérebro que nós queremos estudar. Isto, por sua vez, permite que os médicos façam as decisões clínicas melhores possível para seus pacientes.

O biosensor ultra-pequeno do microelétrodo ao lado de um cabelo humano. Esta imagem demonstra o grau de miniaturização que a equipe de Marinesco podia conseguir.
Um biosensor ultra-pequeno do microelétrodo ao lado de um cabelo humano. Esta imagem demonstra o grau de miniaturização que a equipe de Marinesco podia conseguir.

No futuro, você pensa biosensors ultra-pequenos do microelétrodo entrará na clínica? Que são os passos seguintes para sua pesquisa?

Eu espero realmente que os biosensors que nós desenvolvemos entram na clínica - este é o objetivo total de minha pesquisa e de minha vida. Eu penso que fornecerão muitas vantagens, dadas que fornecem a segundo-por-segunda monitoração a lesão muito pequena ao tecido de cérebro. Contudo, há ainda um uma grande distância a percorrer até que nós possamos começar os executar nos pacientes…

Há diversas coisas que nós precisamos de fazer. Em primeiro lugar, nós precisamos de certificar-se de que estes dispositivos não são tóxicos e de que não quebrarão no cérebro paciente. Aquele seria um desastre para o paciente, assim que nós não queremos aquele.

Nós igualmente precisamos de certificar-se de que trabalharão por sete a quatorze dias no cérebro. Aquela está a uma duração onde nós precisamos de monitorar os pacientes, porque podem ter complicações para até duas semanas depois que estão admitidos ao hospital, e nós não estamos bastante lá ainda. Há ainda um uma grande distância a percorrer, mas minha esperança é nossos biosensors saque dia o público.

Onde podem os leitores encontrar mais informação?

Nosso papel mais atrasado nos biosensors mìnima invasores do microelétrodo baseados em fibras platinized do carbono: Biosensors invasores do microelétrodo de Chatard C, de Sabac A, de Moreno-Velasquez L, de Meiller A e de Marinesco S (2018) mìnima para a monitoração do cérebro baseada em fibras platinized do carbono. Ciência da central de ACS. 4: 1751-60. doi-org.gate2.inist.fr/10.1021/acscentsci.8b00797

Um papel recente em monitorar a lesão cerebral traumático nos animais usando biosensors do microelétrodo: 2017) respostas hypermetabolic alteradas de Balança B, de Meiller A, de Bezin L, de Dreier J, de Lieutaud T e de Marinesco S (às despolarizações de espalhamento corticais após a lesão cerebral traumático nos ratos. Circulação sanguínea Metab de J Cereb. 37(5): 1670-1686. doi.org/10.1177/0271678X16657571

Revisão recente no assunto: Chatard C, Meiller A e biosensors do microelétrodo de Marinesco S (2018) para in vivo a análise do líquido intersticial do cérebro. Análise electrolítica 30: 977-998. doi.org/10.1002/elan.201700836

Sobre Stéphane Marinesco

Stéphane MarinescoStéphane Marinesco foi treinado na engenharia em Ecole Polytechnique (França) e recebeu um PhD na neurociência da universidade de Lyon que trabalha na detecção da serotonina no cérebro do rato e que estuda seu papel no sono e no esforço.

O Dr. Marinesco recebeu um treinamento mais adicional como um pesquisador pos-doctoral na Universidade de Yale e no Uc Irvine com fotorreceptor Thomas J Carew, estudando o neuromodulation da serotonina em um molusco marinho usando técnicas electroquímicas. O Dr. Marinesco retornou a França em 2005 como um professor adjunto em CNRS no sur Yvette do GIF, e a um professor adjunto em Lyon em 2008.

A pesquisa actual de Stéphane Marinesco interessa o foco em desenvolver biosensors inovativos do microelétrodo para a monitoração do cérebro e aplica-os ao estudo de ferimento neurológico após a hemorragia subarachnoid ou a lesão cerebral traumático. Seu grupo é baseado no centro de pesquisa da neurociência de Lyon.

Citations

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    Pittcon. (2019, June 18). Biosensors Ultra-Pequenos do microelétrodo para a análise de lesão cerebral. News-Medical. Retrieved on June 04, 2020 from https://www.news-medical.net/news/20190614/Ultra-Small-Microelectrode-Biosensors-for-Brain-Injury-Analysis.aspx.

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