Nueva técnica con grafeno transforma la investigación del alzhéimer

Un equipo de investigadores de la Universidad de California en San Diego ha desarrollado una nueva técnica con grafeno que acelera la maduración de organoides cerebrales humanos. El avance, publicado hoy en Nature Communications, ofrece una vía más rápida y segura para modelar enfermedades neurodegenerativas como el alzhéimer. La técnica utiliza luz para activar señales eléctricas sin alterar genéticamente las células. Este desarrollo podría transformar el estudio del envejecimiento cerebral y las terapias personalizadas en neurología.

El grafeno como catalizador neural

Uno de los grandes retos de los organoides cerebrales, modelos tridimensionales creados en laboratorio a partir de células madre, es su lenta maduración. Estos modelos pueden tardar más de un año en alcanzar un estado funcional similar al del tejido humano adulto, lo que limita su utilidad para estudiar enfermedades relacionadas con el envejecimiento, como el alzhéimer o el párkinson. Con la nueva técnica llamada GraMOS (Estimulación Óptica Mediada por Grafeno), los científicos han logrado acelerar significativamente este proceso usando solo luz y grafeno.

GraMOS convierte la luz en señales eléctricas que estimulan los tejidos neuronales sin necesidad de modificar genéticamente las células ni aplicar corrientes eléctricas invasivas. El grafeno, un material bidimensional compuesto por una sola capa de átomos de carbono, actúa como un transductor extremadamente eficiente, transformando la luz en impulsos bioeléctricos que favorecen el crecimiento y la conectividad neuronal. En palabras del equipo de UC San Diego, esta técnica permite madurar los organoides en semanas en lugar de meses, abriendo la puerta a experimentos más rápidos y éticos.

Un nuevo paradigma en estimulación cerebral no invasiva

Este avance se enmarca en una ola más amplia de tecnologías para estimulación cerebral no invasiva que están redefiniendo el campo de la neurociencia. Entre ellas destaca la estimulación por interferencia temporal (TI), una técnica que utiliza campos eléctricos de alta frecuencia que se superponen para generar puntos de estimulación profunda en estructuras cerebrales como el hipocampo. A diferencia de métodos como la estimulación magnética transcraneal (TMS), la TI puede alcanzar áreas profundas sin afectar la corteza cerebral superficial.

Ensayos en humanos han demostrado que esta técnica puede mejorar la precisión de la memoria episódica y modular la actividad del hipocampo, una zona clave en enfermedades como el alzhéimer. Con intensidades tan bajas como 0,5 V/m, comparables a las necesarias para sincronizar neuronas en el laboratorio, la estimulación TI logra resultados clínicos con mínima intrusión. A su lado, la estimulación transcraneal por ultrasonido (TUS) ofrece aún mayor precisión y ya se explora como tratamiento para el párkinson y la epilepsia, condiciones para las que los métodos convencionales no son eficaces.

Modelos de enfermedad cada vez más sofisticados

Además de los organoides cerebrales, otras plataformas avanzadas están revolucionando el modelado de enfermedades humanas. Un ejemplo exitoso es el uso de cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) para estudiar el síndrome de QT largo (LQTS), una enfermedad que afecta a 1 de cada 2.000 personas y altera los canales iónicos del corazón. Estos modelos conservan las características genéticas del paciente y permiten observar en tiempo real cómo se modifica la duración del potencial de acción, lo que facilita el diseño de terapias personalizadas.

En el ámbito neurológico, las plataformas microfluídicas tipo «disease-on-a-chip» permiten separar distintos tipos celulares mientras conservan las conexiones axonales necesarias para simular circuitos cerebrales reales. Un estudio reciente consiguió recrear circuitos del hipocampo relacionados con la esquizofrenia, utilizando compartimentos diferenciados para las neuronas del giro dentado y de la región CA3, derivadas de pacientes con la enfermedad. Los registros en matrices multielectrodo revelaron defectos tanto en la actividad espontánea como en la inducida, lo que valida el modelo como herramienta para ensayos farmacológicos.

Estas tecnologías se están aplicando a otras condiciones complejas como el síndrome de Down, la atrofia muscular espinal y Huntington, en las que los modelos derivados de pacientes permiten evaluar compuestos que revierten los fenotipos observados. Frente a los modelos animales tradicionales, los organoides y chips ofrecen una plataforma reproducible, controlada y representativa de la diversidad genética humana.

La interfaz entre cerebro y máquina avanza sin freno

El campo de las interfaces cerebro-computadora (BCI) también está viviendo un momento de aceleración. En las últimas décadas, las BCI han pasado de ser una promesa futurista a convertirse en herramientas clínicas funcionales para personas con parálisis y enfermedades neurodegenerativas. El grupo BrainGate, pionero en esta área, ha demostrado que pacientes tetrapléjicos pueden controlar cursos de ordenador y extremidades robóticas utilizando señales cerebrales captadas por matrices de 96 electrodos implantados en el córtex motor.

Con la integración de inteligencia artificial, las nuevas BCI ya no se limitan a leer señales: pueden interpretarlas, aprender del usuario y ofrecer retroalimentación en tiempo real. Estas interfaces de bucle cerrado están permitiendo el desarrollo de prótesis adaptativas que se ajustan dinámicamente al estado neurológico del paciente. Algoritmos como el ReFIT Kalman Filter o clasificadores basados en modelos ocultos de Markov mejoran la precisión y velocidad de respuesta, alcanzando velocidades de comunicación de hasta 32 letras por minuto en pruebas experimentales.

La combinación de aprendizaje automático, sensores avanzados y procesamiento en tiempo real está llevando estas tecnologías más allá de los laboratorios hacia aplicaciones clínicas rutinarias, especialmente en rehabilitación y comunicación asistida. Y aunque todavía existen barreras regulatorias y técnicas, el ritmo de avance sugiere que las BCI estarán cada vez más presentes en el tratamiento de enfermedades que hoy no tienen cura.