El grafeno, aislado por primera vez en 2004, es el material
más delgado de la Tierra con un sólo átomo de grosor. Las impresionantes
características de este material lo hacen ser flexible, ligero y al mismo
tiempo 200 veces más fuerte que el acero. Es un superconductor eléctrico, muy
resistente químicamente, es impermeable a todos los gases y líquidos y más duro
que el diamante.
En esta ocasión presentamos nuevas sorprendentes
aplicaciones del grafeno orientadas al campo de la medicina. La idea parte de
usar microelectrónica flexible y ultradelgada basada en grafeno para registrar
actividad neuronal y hacer frente a enfermedades neuronales como la epilepsia,
el parkinson, ciertos tipos de ceguera, poder controlar brazos robóticos, para
el habla, reconociendo lo que se quiere decir en el cerebro y emitiendo el
sonido de forma artificial. Incluso también aplicaría en el caso de depresión
profunda.
Además ya se han probado parches experimentales de grafeno
para controlar la diabetes sin pinchazos.
Pero también, es posible aplicarlo para detectar el origen
de tumores cancerígenos, ya que las células tumorales tienen una actividad
eléctrica mayor, la cual puede ser detectada de forma prematura y no invasiva
por un material compuesto de grafeno.
A continuación, explicamos todas estas increíbles
aplicaciones del grafeno en la medicina.
DESPERTARES
GRAFENO vs CÁNCER:
Este reciente descubrimiento de un equipo de investigadores
de la Universidad de Illinois, que han observado cómo el grafeno puede
diferenciar entre células sanas y cancerosas, convirtiéndose así, a falta de
más ensayos, en un posible método muy interesante para detectar el cáncer de
una forma no invasiva.
Los primeros ensayos han sido simples a la par que
sorprendentes, pues estos científicos han tomado muestras de células cerebrales
de ratón y las han depositado sobre una lámina de grafeno, comprobando que éste
tenía la capacidad de diferenciar entre células sanas y células cancerosas.
¿Pero cómo lo hace?
Todo se basa en la hiperactividad de las células tumorales,
que muestran una gran actividad eléctrica. Por eso, al ser el grafeno un
excelente conductor de la electricidad, al ponerse en contacto con una de estas
células recoge una gran cantidad de electrones, que cambiarán notablemente la
energía de vibración de sus átomos de carbono.
Lógicamente, esto no se puede comprobar a simple vista, pero
sí que puede detectarse fácilmente con ayuda de mapas de energía de vibración
de alta resolución, gracias a los que estos investigadores consiguieron
diferenciar con éxito las células sanas de las cancerosas.
GRAFENOS vs EPILEPSIA
Los dispositivos que ya se están probando en estudios sobre
epilepsia en modelos animales en Barcelona podrían utilizarse para detectar de
forma precoz las crisis que padecen las personas que tienen esta enfermedad.
Estos dispositivos se podrían implantar en diferentes zonas
de la corteza cerebral registrando los cambios eléctricos simultáneamente, así
como la intensidad de las ondas cerebrales. Actualmente ya se han realizado
estudios en animales con éxito cuyos resultados permitirían crear sensores que
pudieran detectar de forma precoz crisis epilépticas en aquellos pacientes que
los llevaran implantados en el córtex cerebral, ya que se sabe que la actividad
cerebral cambia antes de una crisis.
A partir de ahí, sería el propio dispositivo el que
alertaría al paciente enviándole una señal de alarma a un dispositivo móvil
externo al que estuvieran conectados. Esa misma señal se podría enviar a un
familiar, al centro médico… Sin duda, sería un gran avance para los pacientes
que tengan crisis frecuentes. Los resultados de estos estudios serán claves
para abordar el diseño y la construcción de los sensores de grafeno en humanos.
El equipo internacional de Andrea Ferrari, de la Universidad
de Cambridge en el Reino Unido, y Laura Ballerini, de la Universidad de Trieste
en Italia, ha conseguido por vez primera conectar directamente y con la debida
eficacia grafeno con neuronas. Comprobaron la capacidad de las neuronas de
generar señales eléctricas que se sabe representan actividades cerebrales, y
encontraron que las neuronas mantenían sus propiedades de señalización neuronal
inalteradas. Se trata del primer estudio funcional de la actividad sináptica
neuronal usando materiales basados en grafeno sin recubrir.
Adicionalmente, es factible interferir impulsos eléctricos
no deseados, silenciándolos y evitando que generen efectos perjudiciales, con
lo cual se abren las puertas al bloqueo de trastornos motores como la epilepsia
o el Mal de Parkinson.
Los implantes terapéuticos de grafeno tendrán diferentes
funciones. Además del tratamiento de las patologías mencionadas anteriormente,
los científicos esperan desarrollar versiones que puedan almacenar en su
interior moléculas biológicas, como ácidos nucleicos, fragmentos de proteínas o
péptidos, para la modulación de procesos neuropsicológicos.
Pulsa PLAY para ver una entrevista con los detalles de este
proyecto:
GRAFENO vs PARÁLIS Y PROTESIS INTELIGENTES
Entre la Universidad de Trieste y el Centro de investigación
del grafeno de Cambridge han conseguido desarrollar un electrodo mucho más
sensible, consiguiendo por primera vez que se interconecte el grafeno a las
neuronas directamente.
De esa manera, los implantes de grafeno puede registrar la
actividad cerebral de las neuronas en forma de señales eléctricas. Hasta ahora,
los científicos habían estado experimentando con electrodos basados en
tungsteno y silicio, pero con estos materiales habían tenido contratiempos, ya
que la reacción del cuerpo a los implantes era “cicatrizar”, impidiendo que la
medición clara de las señales eléctricas.
Esos materiales eran más rígidos, en cambio el grafeno sin
tratar parece más adecuado para estos casos, es flexible, no tóxico, funciona mejor
en un entorno orgánico y no tiene efectos sobre la actividad celular.
En este caso, la creación de microelectrodos de grafeno que
pudiesen ser implantados ofrecería ayudaría a registrar y recuperar funciones
en cerebros deteriorados.
Por ejemplo, podría aprovecharse esa interconexión para
restaurar funciones sensoriales en pacientes con parálisis, pero también para
crear una forma de comunicación directa entre el cerebro y prótesis
inteligentes de última generación.
GRAFENO vs CEGUERA
Diversos equipos trabajarán en paralelo en implantes
retinales, corticales y cerebrales, así como en dispositivos que se puedan
utilizar en el sistema nervioso periférico. Finalmente, la actividad del área
de funcionalidades y eficacia terapéutica perseguirá el desarrollo de
dispositivos que, además de permitir una interacción con el sistema nervioso
para registrar y modular su actividad, tengan aplicaciones terapéuticas.
En principio esta técnica sería aplicable en implantes de
retina para pacientes ciegos con el nervio óptico intacto.
En el caso del implante retinal para pacientes con
degeneración macular o retinitis pigmentaria, por ejemplo, el dispositivo
estimularía el nervio óptico y, mediante una cámara, se trataría de que el
paciente recuperara “cierto nivel de visión”
GRAFENO vs DIABETES
Controlar los niveles de glucosa en pacientes diabéticos sin
necesidad de molestos pinchazos. Ése es un sueño largamente perseguido por la
medicina que, sin embargo, no ha logrado hasta ahora ningún método no invasivo
tan eficaz como las agujas. Ahora, un material como recién llegado del futuro,
el grafeno, salta los límites de la electrónica para ponerse al servicio de la
ciencia y medir los niveles de azúcar en sangre.
Casi basta con ver la fotografía que ha difundido la revista
Nature Nanotechnology para resumir la importancia y la (aparente) sencillez del
dispositivo que han desarrollado científicos de la Universidad Nacional de Seúl
y e Instituto de Tecnología Gyeonggi-do (ambos en Corea del Sur), y las
universidades estadounidenses de Massachusetts y Austin (en Texas).
Gracias a la flexibilidad y a la ligereza del grafeno, los
investigadores dirigidos por Dae-Hyeong han logrado diseñar un dispositivo con
aspecto de pulsera transparente en la que varios chips integrados son capaces
de medir los niveles de glucosa directamente en el sudor. Además, los
especialistas han dado un paso más -éste de momento sólo en ratones- al
añadirle unas microagujas capaces de administrar a través de la piel la dosis
necesaria de un antidiabético (metformina) cuando los niveles de glucosa
subían.
Una serie de
enzimas colocadas en el sensor son las encargadas de desencadenar una reacción
electroquímica cuando la glucosa se eleva con mediciones en tiempo real.
Además, cuando esto ocurre a partir de ciertos niveles, las enzimas generan una
reacción calórica para que cientos de microagujas que contienen el
antidiabético metformina se disuelvan y liberen su contenido en la piel.
En este
sentido, el especialista español recuerda que muchos diabéticos se tratan con
metformina, pero al tratarse de una pastilla oral, su administración a través
del parche no tiene tanta importancia como si hubiesen empleado insulina. “El
parche tiene un doble papel de sensor y dispensador, pero la primera, de
medición de la glucosa no invasiva es la más interesante desde el punto de
vista clínicos”
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