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Ultra-Pequeños biosensores del microelectrodo para el análisis de lesión cerebral

Thought LeadersStéphane MarinescoAssociate ProfessorLyon Neuroscience Research Center

Una entrevista de Stéphane Marinesco, profesor adjunto en el centro de investigación de la neurología de Lyon en Inserm, discutiendo el revelado de los ultra-pequeños biosensores del microelectrodo para el análisis de lesiones cerebrales traumáticas, sin los riesgos de biosensores convencionales del microelectrodo. Esta entrevista conducto en Pittcon 2019.

(TBI)¿Por qué es importante vigilar cambios químicos en el líquido intersticial que sigue una lesión cerebral traumática?

Para los pacientes seriamente heridos que pueden estar en una coma, haber parado hablar o no pueda responder al examen clínico, necesidad de los médicos de utilizar el equipo para entender cómo el cerebro se está recuperando. Para vigilar actividad cerebral, los biosensores se pueden utilizar para analizar el líquido intersticial del cerebro. De esto, podríamos hacer decisiones clínicas y terapia iniciado si es necesario.

Apoptosis (muerte celular) de una neurona después del daño isquémico al cerebro.Kateryna Kon | Shutterstock

¿Qué cambios metabólicos se consideran típicamente en el cerebro herido?

Para las lesiones cerebrales severas, vigilamos generalmente los metabilitos como la glucosa, el lactato, y el piruvato, que nos informan cómo el cerebro está haciendo energía. Hay las configuraciones específicas que pueden informarnos si el cerebro se está recuperando o no.

Por ejemplo, si el cerebro se está reparando, va a consumir mucha glucosa, así que usted puede ver la concentración ir hacia abajo. Mucho lactato y piruvato se producen en este proceso, así que usted verá las concentraciones subir. Eso es un buen signo. Por el contrario, si el cerebro no puede producir energía, usted verá que van el lactato subir y el piruvato hacia abajo. Esto se puede descubrir con microdialysis del cerebro, y probablemente con los biosensores del microelectrodo en el futuro.

¿Por qué son los biosensores del microelectrodo útiles para la detección de cambios neuroqu3imicos en líquido intersticial del cerebro?

Los biosensores del microelectrodo son útiles porque pueden ser miniaturizados a las tallas muy pequeñas. Esto ayuda en evitar daño al cerebro al insertar la antena. Otra ventaja es que pueden ofrecer en segundo lugar por los segundos datos, permitiendo que observemos muy rápido y la corriente momentánea cambia entrar conectado en el cerebro.

¿Cuáles son las limitaciones mayores de los biosensores convencionales del microelectrodo?

La limitación mayor es la talla de las antenas. Tenemos que insertar la antena para entender la química dentro del cerebro. Esto puede herir el cerebro, específicamente los pequeños vasos sanguíneos que están en el tejido. Esto crea dos problemas. En primer lugar, causa daño adicional al cerebro, y en segundo lugar, reduce la validez de los datos.

Incluso si no causamos ningún daño, otro problema es que no sabemos si el tejido circundante se comporta diferentemente cuando se ha insertado una antena. Sin embargo, los biosensores del microelectrodo se prueban en animales y representan actualmente un avance importante comparado a las técnicas convencionales tales como microdialysis intracerebral.

¿Puede usted describir por favor los ultra-pequeños biosensores del microelectrodo que usted desarrolló?

Los biosensores del microelectrodo consisten en un microelectrodo con una enzima inmovilizada en el extremo. Es básicamente un análisis de enzima que se miniaturiza a un muy tamaño pequeño. Los biosensores convencionales del microelectrodo llevan muchos riesgos, como se mencionó anteriormente. Dentro de mi equipo de investigación, desarrollamos un ultra-pequeño biosensor que es 12 micrones de diámetro usando fibras de carbono. Esto es increíblemente pequeño y somos orgullosos haber logrado eso.

Biosensores en trauma del cerebro de AZoNetwork en Vimeo.

¿Qué usted vio cuando los biosensores fueron implantados en un modelo de la rata? ¿Por qué era esto importante?

Cuando los biosensores fueron implantados en un modelo de la rata, vimos niveles disminuidos del oxígeno y niveles del lactato en el cerebro. Esto probó que los presupuestos de la concentración que habíamos subido con basado en datos de biosensores convencionales del microelectrodo no eran totalmente exactos. Podíamos entonces ajustar los presupuestos algo que está más cercano a realidad, así que la prueba era realmente importante.

También encontramos que los pequeños vasos sanguíneos alrededor del sensor fueron preservados. Esto sugiere que nuestras antenas sean menos probables herir el tejido circundante cuando se insertan y se quitan. Esto será importante si queremos aplicar nuestros sensores a los pacientes.

¿Por qué usted eligió utilizar fibras de carbono platinadas?

El platino es realmente el material de la opción para hacer biosensores del microelectrodo. Sin embargo, el problema con los alambres de platino es que tienden a ser gruesos. Además, el platino es un metal suave, así que si usted hace los alambres demasiado finos, el asunto doblará, haciéndolo imposible manipular.

Para resolver esta entrega, giramos a las fibras de carbono. Las fibras de carbono son muy rígidas y se pueden manipular fácilmente. El único problema con el carbono es que no es un buen material electroquímico para hacer la clase de análisis que queremos hacer.

Así pues, decidíamos combinar las dos propiedades ideando una manera de revestir la fibra de carbono con platino. De esta manera, obtuvimos un ultra-pequeño objeto con todas las propiedades químicas del platino, dándonos ambas ventajas juntas.

¿Por qué es importante poder vigilar el cerebro segundo-por-segundo después de un TBI?

Sabemos ésa en el cerebro herido allí es algunas acciones patológicas muy rápidas y transitorias que quisiéramos que pudieran ver, así que es importante que cualquier técnica tenga una alta resolución temporal. Un ejemplo de esto es la despolarización que se extiende cortical, donde las ondas de la despolarización se extienden a través del cerebro vía los nervios y las células glial. Estas células se despolarizan juntas y propagan en el cerebro antes de desaparecer. Las hormas enteras del proceso cerca de cinco minutos.

Necesitamos poder describir cada fase de procesos como la despolarización que se extiende cortical para que los médicos entiendan si ocurren estas ondas, cuáles las firmas químicas son, y si plantea una amenaza para la salud del paciente o no. El poder observar este segundo-por-segundo es excelente. Podríamos también tener un punto de referencias por diez segundos, pero por segundo somos en segundo lugar realmente para lo que apuntábamos.

¿Qué otras ventajas los nuevos biosensores ofrecen sobre biosensores convencionales?

La ventaja principal de nuestros ultra-pequeños biosensores es su talla, que permite que los implantemos y que los llevemos fuera sin daño el paciente o el animal. Además, porque no estamos hiriendo el tejido, nuestros valores químicos son mucho más exactos y relevantes a los bienes inmuebles del cerebro que queremos estudiar. Esto, a su vez, permite que los médicos tomen las decisiones clínicas mejor para sus pacientes.

El ultra-pequeño biosensor del microelectrodo al lado de un cabello humano. Esta imagen demuestra el grado de miniaturización que las personas de Marinesco podían lograr.
Un ultra-pequeño biosensor del microelectrodo al lado de un cabello humano. Esta imagen demuestra el grado de miniaturización que las personas de Marinesco podían lograr.

¿En el futuro, usted piensa ultra-pequeños biosensores del microelectrodo entrará en la clínica? ¿Cuáles son los pasos siguientes para su investigación?

Espero realmente que los biosensores que hemos desarrollado entren en la clínica - ésta es la meta total de mi investigación y de mi vida. Pienso que ofrecerán muchas ventajas, dado que proveen de la segundo-por-segunda supervisión la lesión muy pequeña al tejido cerebral. Sin embargo, todavía hay mucho por hacer hasta que poder comenzar a ejecutarlas en pacientes…

Hay varias cosas que necesitamos hacer. En primer lugar, necesitamos asegurarnos de que estos dispositivos no sean tóxicos y que no adaptarán el cerebro paciente. Eso sería un desastre para el paciente, así que no queremos eso.

También necesitamos asegurarnos de que trabajen por siete a catorce días en el cerebro. Ése es el largo del tiempo que necesitamos vigilar a los pacientes, pues pueden tener complicaciones para hasta dos semanas después de que se admiten al hospital, y no estamos muy allí todavía. Todavía hay mucho por hacer, pero mi esperanza es nuestros biosensores servicio día el público.

¿Dónde pueden los programas de lectura encontrar más información?

Nuestro último documento sobre los biosensores como mínimo invasores del microelectrodo basados en fibras de carbono platinadas: Biosensores invasores del microelectrodo de Chatard C, de Sabac A, de Moreno-Velasquez L, de Meiller A y de Marinesco S (2018) como mínimo para la supervisión del cerebro basada en fibras de carbono platinadas. Ciencia de la central de ACS. 4: 1751-60. doi-org.gate2.inist.fr/10.1021/acscentsci.8b00797

Un documento reciente sobre vigilar la lesión cerebral traumática en animales usando biosensores del microelectrodo: 2017) reacciones hypermetabolic alteradas de Balança B, de Meiller A, de Bezin L, de Dreier J, de Lieutaud T y de Marinesco S (a las despolarizaciones que se extienden corticales después de la lesión cerebral traumática en ratas. Flujo de sangre Metab de J Cereb. 37(5): 1670-1686. doi.org/10.1177/0271678X16657571

Revista reciente en el tema: Chatard C, Meiller A y 2018) biosensores del microelectrodo de Marinesco S (para in vivo el análisis del líquido intersticial del cerebro. Electroanálisis 30: 977-998. doi.org/10.1002/elan.201700836

Sobre Stéphane Marinesco

Stéphane MarinescoStéphane Marinesco fue entrenado en la ingeniería en Ecole Polytechnique (Francia) y recibió un doctorado en neurología de la universidad de Lyon que trabajaba en la detección de la serotonina en el cerebro de la rata y que estudiaba su papel en sueño y la tensión.

El Dr. Marinesco recibió el entrenamiento adicional como investigador postdoctoral en la Universidad de Yale y Uc Irvine con la banda Thomas J Carew, estudiando el neuromodulation de la serotonina en un molusco marino usando técnicas electroquímicas. El Dr. Marinesco volvió a Francia en 2005 como profesor adjunto en CS$CNRS en el sur Yvette del GIF, y a un profesor adjunto en Lyon en 2008.

La investigación actual de Stéphane Marinesco interesa el foco en desarrollar los biosensores innovadores del microelectrodo para la supervisión del cerebro y los aplica al estudio del daño neurológico después de hemorragia subaracoidea o de lesión cerebral traumática. Basan a su grupo en el centro de investigación de la neurología de Lyon.

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    Pittcon. (2019, June 18). Ultra-Pequeños biosensores del microelectrodo para el análisis de lesión cerebral. News-Medical. Retrieved on June 05, 2020 from https://www.news-medical.net/news/20190614/Ultra-Small-Microelectrode-Biosensors-for-Brain-Injury-Analysis.aspx.

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