Notícias

Jun 15, 2023

Comparação de eletrodos fractais e de grade para estudar os efeitos do confinamento espacial no comportamento neuronal e glial da retina dissociada

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 17513 (2022) Citar este artigo

903 acessos

2 Altmétrica

Detalhes das métricas

Compreender o impacto da geometria e da composição do material dos eletrodos na sobrevivência e no comportamento das células da retina é importante tanto para estudos celulares fundamentais quanto para aplicações de neuromodulação. Investigamos como células retinianas dissociadas de camundongos C57BL/6J interagem com eletrodos feitos de nanotubos de carbono alinhados verticalmente cultivados em substratos de dióxido de silício. Comparamos eletrodos com diferentes graus de confinamento espacial, especificamente eletrodos fractais e grades com lacunas conectadas e desconectadas entre os eletrodos, respectivamente. Para ambos os eletrodos, descobrimos que os processos neuronais se acumulam predominantemente no eletrodo em vez das superfícies de lacunas e que esse comportamento é mais forte para os eletrodos da grade. No entanto, o caráter 'fechado' das lacunas dos eletrodos da grade inibe a glia de cobrir as superfícies das lacunas. Espera-se que essa falta de cobertura glial para as grades tenha efeitos prejudiciais a longo prazo na sobrevivência neuronal e na atividade elétrica. Em contraste, as lacunas interconectadas dentro dos eletrodos fractais promovem a cobertura glial. Descrevemos as diferentes respostas celulares aos dois eletrodos e levantamos a hipótese de que existe uma geometria ideal que maximiza a resposta positiva dos neurônios e da glia ao interagir com os eletrodos.

Há um interesse crescente em obter uma compreensão fundamental dos dispositivos artificiais projetados para interagir com as células do sistema nervoso humano. Quando implantados no corpo, esses dispositivos têm aplicações potencialmente importantes para o diagnóstico e tratamento de muitas doenças neurodegenerativas, com a retinite pigmentosa e a degeneração macular relacionada à idade servindo como exemplos comuns para o sistema visual1,2,3,4,5,6, 7. Para dispositivos com eletrodos que estimulam neurônios, o design do eletrodo também deve acomodar interações com a glia. Embora os neurônios e a glia tenham sido descobertos na mesma época, a pesquisa desta última tem sido mais lenta para ganhar impulso8, embora sejam predominantes no sistema nervoso central9 e desempenhem papéis centrais no controle da estrutura e funcionalidade da rede neuronal10. Além de melhorar o desempenho dos dispositivos médicos, explorar as diferenças entre as respostas desses dois tipos de células aos eletrodos pode ser usado para investigar o comportamento fundamental das células da retina e o grau em que seu comportamento pode ser controlado.

Estratégias para controlar a presença de glia devem equilibrar seus impactos positivos e negativos. As respostas inflamatórias, bem como outras da glia, podem ser desencadeadas pela inserção de implantes e seus micromovimentos contra o tecido nervoso11,12,13,14,15 juntamente com incompatibilidades de suas propriedades mecânicas (como rigidez) com o tecido16,17 . Esses efeitos podem criar 'cicatrizes' gliais que separam o eletrodo dos neurônios-alvo e degradam seu poder estimulante. Por outro lado, as técnicas destinadas a eliminar completamente a glia terão impactos negativos a longo prazo na sobrevivência neuronal, saúde e atividade elétrica18. Isso ocorre porque a glia serve como sistema de suporte à vida dos neurônios, fornece pistas físicas naturais para sua migração19,20,21 e ajuda a regular sua função22, manter sua saúde23 e aumentar sua eficácia sináptica24.

Estratégias para controlar as respostas gliais podem ser implementadas simultaneamente para criar o implante menos invasivo. Isso inclui diminuir o tamanho do implante25, reduzir incompatibilidades mecânicas17, aumentar a porosidade da superfície26,27 e cobrir o implante com um revestimento biomimético ou bioativo para ocultá-lo potencialmente da resposta de corpo estranho13. Modificações na estrutura física da superfície, por exemplo, introduzindo nanorrugosidade ou impressão de microcontato usando litografia, também foram usadas para controlar a fixação e orientação celular28,29,30 para muitos propósitos, incluindo a redução de respostas glióticas31.