Influencia de las propiedades de los biomateriales de electrodos en procesos inflamatorios inducidos por implantes neurales.

Autores/as

Palabras clave:

Implantes neurales, electrodos, biomateriales, neuroinflamación, biocompatibilidad, propiedades de los biomateriales.

Resumen

Los implantes neurales, como los electrodos utilizados en la estimulación cerebral profunda y en las interfaces cerebro-computadora, han revolucionado el tratamiento de diversas enfermedades neurológicas. Sin embargo, la presencia de cuerpos extraños en el tejido cerebral puede desencadenar respuestas inmunológicas adversas, particularmente procesos inflamatorios. Este artículo tiene como objetivo describir cómo las propiedades de los biomateriales utilizados en los electrodos de implantes neurales influyen en la aparición de procesos inflamatorios. Se realizó una búsqueda sistemática de la literatura científica en bases de datos como MEDLINE, utilizando términos MeSH relacionados con biomateriales, neuroinflamación y estimulación cerebral profunda. De los estudios encontrados, se seleccionaron 11 artículos que cumplían con los criterios de inclusión. Los resultados evidencian que ciertas propiedades de los biomateriales pueden modular la respuesta inflamatoria, lo cual es clave para el diseño de electrodos más biocompatibles. Este análisis permite comprender mejor la relación entre las propiedades de los biomateriales y las respuestas biológicas que inducen, abriendo caminos hacia el desarrollo de dispositivos más seguros y eficientes.

Descargas

Los datos de descarga aún no están disponibles.

Biografía del autor/a

  • Laura Londoño-Balcázar, Pontificia Universidad Javeriana Cali (Colombia).

    Ingeniera Biomédica.

  • Mariangel Solís-Mallungo, Pontificia Universidad Javeriana Cali (Colombia)

    Ingeniera Biomédica.

  • Lina Becerra-Hernández, Pontificia Universidad Javeriana Cali (Colombia).

    Médica, Magíster en Ciencias Biomédicas, Doctora en Ciencias Biomédicas, Profesora Departamento de Ciencias Básicas de la Salud.

Referencias

1. Cogan SF. Neural stimulation and recording electrodes. Annu Rev Biomed Eng. 2008; 10(1):275-309. DOI: 10.1146/annurev.bioeng.10.061807.160518

2. Wolpaw JR, Wolpaw EW. Brain-computer interfaces: principles and practice. Oxford: Oxford University Press; 2012.

3. Martini ML, et al. Sensor modalities for brain-computer interface technology: a comprehensive literature review. Neurosurgery. 2020; 86(1):E1-E14. DOI: 10.1093/neuros/nyz286

4. Benabid AL, et al. Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus for the treatment of Parkinson’s disease. Lancet Neurol. 2009; 8(1):67-81. DOI: 10.1016/S1474-4422(08)70291-6

5. National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering. Biomateriales [Internet]. Disponible en: https://www.nibib.nih.gov/espanol/temas-cientificos/biomateriales

6. Lizarbe MA. Sustitutivos de tejidos: de los biomateriales a la ingeniería tisular. Rev R Acad Cienc Exactas Fis Nat. 2007; 101(1):227-249.

7. Hospimedica. Electrodo suave, imprimible y libre de metal podría allanar el camino para implantes médicos a más largo plazo [Internet]. Disponible en: https://www.hospimedica.es/tecnicas-quirurgicas/articles/294797632/electrodo-suave-imprimible-y-libre-de-metal-podria-allanar-el-camino-para-implantes-medicos-a-mas-largo-plazo.html

8. Villa J, Cury J, Kessler L, Tan X, Richter CP. Enhancing biocompatibility of the brain-machine interface: a review. Bioact Mater. 2024; 42:531-549.

9. Lyons KE, Wilkinson SB, Overman J, Pahwa R. Surgical and hardware complications of subthalamic stimulation: a series of 160 procedures. Neurology. 2004; 63(4):612-616. DOI: 10.1212/01.wnl.0000134650.91974.1a

10. Medzhitov R. Origin and physiological roles of inflammation. Nature. 2008; 454(7203):428-435. DOI: 10.1038/nature07201

11. Marino M, Mele E, Pastorino GMG, Meccariello R, Operto FF, Santoro A, Viggiano A. Neuroinflammation: molecular mechanisms and therapeutic perspectives. Cent Nerv Syst Agents Med Chem. 2022; 22(3):160-174. DOI: 10.2174/1871524922666220929153215

12. Patani R, Hardingham GE, Liddelow SA. Functional roles of reactive astrocytes in neuroinflammation and neurodegeneration. Nat Rev Neurol. 2023; 19(7):395-409. DOI: 10.1038/s41582-023-00822-1

13. Kwon HS, Koh SH. Neuroinflammation in neurodegenerative disorders: the roles of microglia and astrocytes. Transl Neurodegener. 2020; 9(1):42. DOI: 10.1186/s40035-020-00221-2

14. Gorji A. Neuroinflammation: the pathogenic mechanism of neurological disorders [Internet]. 2022. DOI: 10.3390/ijms23105744

15. Liu LR, Liu JC, Bao JS, Bai QQ, Wang GQ. Interaction of microglia and astrocytes in the neurovascular unit. Front Immunol. 2020; 11:1024. DOI: 10.3389/fimmu.2020.01024

16. Takata F, Nakagawa S, Matsumoto J, Dohgu S. Blood-brain barrier dysfunction amplifies the development of neuroinflammation: understanding of cellular events in brain microvascular endothelial cells for prevention and treatment of BBB dysfunction. Front Cell Neurosci. 2021; 15:661838. DOI: 10.3389/fncel.2021.661838

17. Shabab T, Khanabdali R, Moghadamtousi SZ, Kadir HA, Mohan G. Neuroinflammation pathways: a general review. Int J Neurosci. 2017;127(7):624-633. DOI: 10.1080/00207454.2016.1212854

18. Thakur S, Dhapola R, Sarma P, Medhi B, Reddy DH. Neuroinflammation in Alzheimer’s disease: current progress in molecular signaling and therapeutics. Inflammation. 2023; 46(1):1-17. DOI: 10.1007/s10753-022-01721-1

19. Badanjak K, Fixemer S, Smajić S, Skupin A, Grünewald A. The contribution of microglia to neuroinflammation in Parkinson’s disease. Int J Mol Sci. 2021; 22(9):4676. DOI: 10.3390/ijms22094676

20. Mofid M, Thompson R, Pardo C, Manson PN, Craig A, Vander Kolk C. Biocompatibility of fixation materials in the brain. Plast Reconstr Surg. 1997; 100(1):14-22. DOI: 10.1097/00006534-199707000-00003

21. Nguyen JK, et al. Mechanically-compliant intracortical implants reduce the neuroinflammatory response. J Neural Eng. 2014; 11(5):056014. DOI: 10.1088/1741-2560/11/5/056014

22. Jorfi M, Skousen JL, Weder C, Capadona JR. Progress towards biocompatible intracortical microelectrodes for neural interfacing applications. J Neural Eng. 2015; 12(1):011001. DOI: 10.1088/1741-2560/12/1/011001

23. Du ZJ, Kolarcik CL, Kozai TDY, Luebben SD, Sapp AS, Zheng XS, et al. Ultrasoft microwire neural electrodes improve chronic tissue integration. Acta Biomater. 2017; 53:46-58. DOI: 10.1016/j.actbio.2017.02.010

24. Shen W, et al. Microfabricated intracortical extracellular matrix-microelectrodes for improving neural interfaces. Microsyst Nanoeng. 2018; 4:30. DOI: 10.1038/s41378-018-0030-5

25. Tsui C, Koss K, Churchward MA, Todd KG. Biomaterials and glia: progress on designs to modulate neuroinflammation. Acta Biomater. 2018;83:13-28. DOI: 10.1016/j.actbio.2018.11.008

26. Schmitt C, Rasch F, Cossais F, Held-Feindt J, Lucius R, Romani Vázquez A, Shaygan Nia A, Lohe MR, Feng X, Mishra YK, Adelung R, Schütt F, Hattermann K. Glial cell responses on tetrapod-shaped graphene oxide and reduced graphene oxide 3D scaffolds in brain in vitro and ex vivo models of indirect contact. Biomed Mater (Bristol). 2020; 16(1):015008. DOI: 10.1088/1748-605X/aba796

27. Kolaya E, Firestein BL. Deep brain stimulation: challenges at the tissue-electrode interface and current solutions. Biotechnol Prog. 2021; 37:e3179. DOI: 10.1002/btpr.3179

28. Lu S, Zhang K, Liu Y, Zhan X, Savari R. Polymeric nanocomposite electrode for enhanced electrochemical detection of α-lipoic acid: application in neuroinflammation prevention and clinical analysis. Environ Res. 2023; 245. DOI: 10.1016/j.envres.2023.117369

29. Ruiz Díaz D, Manjarrez-Marmolejo J, Díaz A, Ríos CR, Olayo MG, Olayo R, Cruz GJ, Salgado Ceballos H, Méndez-Aramenta M, Morales-Corona J. Development and characterization of electrodes coated with plasma-synthesized polypyrrole doped with iodine, implanted in the rat brain subthalamic nucleus. Polymers. 2024; 16(6):823. DOI: 10.3390/polym16060823

30. Sturgill BS, et al. Reactive amine functionalized microelectrode arrays provide short-term benefit but long-term detriment to in vivo recording performance. ACS Appl Bio Mater. 2024; 7:1052-1063. DOI: 10.1021/acsabm.3c01014

Descargas

Publicado

2026-06-26

Número

Sección

Revisión de la literatura

Cómo citar

Influencia de las propiedades de los biomateriales de electrodos en procesos inflamatorios inducidos por implantes neurales. (2026). Salutem Scientia Spiritus, 12(1), 34-46. http://revistas.javerianacali.edu.co/index.php/salutemscientiaspiritus/article/view/1829

Artículos más leídos del mismo autor/a