Investigadores de la Universidad de Linköping (LiU), Suecia, han creado una neurona orgánica artificial que imita de cerca las características de las células nerviosas biológicas. Esta neurona artificial puede estimular los nervios naturales, lo que la convierte en una tecnología prometedora para varios tratamientos médicos en el futuro.

En el Laboratorio de Electrónica Orgánica, LOE, continúa el trabajo para desarrollar células nerviosas artificiales cada vez más funcionales. En 2022, un equipo de científicos dirigido por el profesor asociado Simone Fabiano demostró cómo una neurona orgánica artificial podría integrarse en una planta carnívora viva para controlar la apertura y el cierre de sus fauces. Esta neurona sintética cumplía con 2 de las 20 características que la diferencian de una neurona biológica.

En su último estudio, publicado en la revista Nature Materials, los mismos investigadores de LiU han desarrollado una nueva célula nerviosa artificial llamada « neurona electroquímica orgánica basada en conductancia » o c-OECN, que imita de cerca 15 de las 20 características neuronales que caracterizan células nerviosas biológicas, haciendo que su funcionamiento sea mucho más similar al de las células nerviosas naturales.

« Uno de los desafíos clave en la creación de neuronas artificiales que imiten efectivamente a las neuronas biológicas reales es la capacidad de incorporar modulación de iones. Las neuronas artificiales tradicionales hechas de silicio pueden emular muchas características neuronales pero no pueden comunicarse a través de iones. En contraste, los c-OECN usan iones para demuestran varias características clave de las neuronas biológicas reales », dice Simone Fabiano, investigador principal del grupo de Nanoelectrónica Orgánica en LOE.

En 2018, este grupo de investigación de la Universidad de Linköping fue uno de los primeros en desarrollar transistores electroquímicos orgánicos basados ​​en polímeros conductores de tipo n, que son materiales que pueden conducir cargas negativas. Esto hizo posible construir circuitos electroquímicos orgánicos complementarios imprimibles. Desde entonces, el grupo ha estado trabajando para optimizar estos transistores para que puedan ser impresos en una imprenta sobre una fina lámina de plástico. Como resultado, ahora es posible imprimir miles de transistores en un sustrato flexible y usarlos para desarrollar células nerviosas artificiales.

En la neurona artificial recientemente desarrollada, los iones se utilizan para controlar el flujo de corriente electrónica a través de un polímero conductor de tipo n, lo que provoca picos en el voltaje del dispositivo. Este proceso es similar al que ocurre en las células nerviosas biológicas. El material único en la célula nerviosa artificial también permite aumentar y disminuir la corriente en una curva en forma de campana casi perfecta que se asemeja a la activación e inactivación de los canales de iones de sodio que se encuentran en la biología.

« Varios otros polímeros muestran este comportamiento, pero solo los polímeros rígidos son resistentes al desorden, lo que permite un funcionamiento estable del dispositivo », dice Simone Fabiano.

En experimentos realizados en colaboración con el Instituto Karolinska (KI), las nuevas neuronas c-OECN se conectaron al nervio vago de ratones. Los resultados muestran que la neurona artificial podría estimular los nervios de los ratones, provocando un cambio del 4,5% en su frecuencia cardíaca. El hecho de que la neurona artificial pueda estimular el propio nervio vago podría, a la larga, allanar el camino para aplicaciones esenciales en diversas formas de tratamiento médico. En general, los semiconductores orgánicos tienen la ventaja de ser biocompatibles, blandos y maleables, mientras que el nervio vago juega un papel clave, por ejemplo, en el sistema inmunitario y el metabolismo del cuerpo.

El siguiente paso de los investigadores será reducir el consumo de energía de las neuronas artificiales, que sigue siendo muy superior al de las células nerviosas humanas. Queda mucho trabajo por hacer para replicar la naturaleza artificialmente.

« Todavía hay mucho que no entendemos completamente sobre el cerebro humano y las células nerviosas. De hecho, no sabemos cómo la célula nerviosa hace uso de muchas de estas 15 características demostradas. Imitar las células nerviosas puede ayudarnos a comprender mejorar el cerebro y construir circuitos capaces de realizar tareas inteligentes. Tenemos un largo camino por delante, pero este estudio es un buen comienzo », dice Padinhare Cholakkal Harikesh, postdoctorado y autor principal del artículo científico.