¿Qué es una micropipeta iontrónica y cómo puede transformar la neurociencia?
Una nueva tecnología desarrollada en Suecia podría revolucionar el estudio del cerebro humano y el tratamiento de enfermedades neurológicas como la epilepsia. Se trata de la micropipeta iontrónica miniaturizada, un dispositivo biomédico capaz de modular la actividad de neuronas con precisión micrométrica, sin perturbar el delicado entorno extracelular.
Por Enrique Coperías
Investigadores de la Universidad de Linköping han desarrollado un nuevo tipo de pipeta que puede administrar iones a neuronas de forma individual sin que afecte al sensible medio extracelular. Cortesía: Thor Balkhed
En un laboratorio sueco, un grupo de científicos ha conseguido lo que durante años parecía una quimera: alterar la actividad de células cerebrales individuales sin perturbar el delicado equilibrio químico que las rodea. Lo han hecho con una herramienta que parece sacada de la ciencia ficción, pero que es tan familiar para los neurocientíficos como un bisturí para un cirujano: una micropipeta.
Aunque no es una pipeta cualquiera. Se trata de una micropipeta iontrónica, una versión miniaturizada que libera iones con una precisión quirúrgica, y que podría cambiar para siempre la forma en que estudiamos —e incluso tratamos— el cerebro.
Este dispositivo, desarrollado por el equipo del Laboratorio de Electrónica Orgánica (LOE) de la Universidad de Linköping (LiU), ha sido presentado en la revista científica Small y ya está dando que hablar entre los expertos en neurociencia y bioelectrónica.
Entender al cerebro, célula a célula
Según los autores del estudio, el cerebro humano está formado por unos 85.000 millones de neuronas, pero también por una cantidad similar de células gliales, responsables de funciones esenciales como el soporte estructural, el suministro de nutrientes y la limpieza del entorno extracelular. Una de estas funciones clave es el mantenimiento del equilibrio iónico: un factor fundamental para el correcto funcionamiento neuronal.
Sabemos desde hace tiempo que los cambios en la concentración de iones, como el potasio (K⁺) o el sodio (Na⁺), en el espacio extracelular pueden modificar la actividad cerebral. Pero los métodos existentes para manipular este equilibrio eran demasiado imprecisos para comprender cómo afectan estas variaciones a una sola célula. Hasta ahora.
«A largo plazo, esta tecnología podría utilizarse para tratar enfermedades neurológicas como la epilepsia con una precisión extremadamente alta», afirma Daniel Simon, profesor en la Universidad de Linköping y uno de los autores del estudio.
Hablar con una neurona en su idioma: el iónico
La micropipeta iontrónica desarrollada por el equipo de Linköping tiene una punta de apenas 2 micrómetros de diámetro —para poner su calibre en perspectiva, un cabello humano mide alrededor de 50 micrómetros—. El secreto de esta virguería tecnológica está en su interior: un hidrogel cargado que actúa como una membrana de intercambio iónico. Este componente permite liberar iones puros —sin solventes, sin flujo de líquido, sin alterar la presión— directamente sobre una célula específica. Y todo controlado eléctricamente con corrientes inferiores a 200 nanoamperios.
En esencia, se trata de una herramienta que permite hablar con una neurona o un astrocito en su idioma: el de los iones.
«Las células gliales constituyen la otra mitad química del cerebro, de la que sabemos muy poco porque no hay forma precisa de activarlas, ya que no responden a la estimulación eléctrica —explica Theresia Arbring Sjöström, investigadora principal del proyecto. Y añade—: Pero tanto las neuronas como las células gliales pueden activarse químicamente, y eso es exactamente lo que permite esta nueva herramienta».
Astrocitos y vasos sanguíneos en la retina de una rata. Foto: Thomas J. Deerinck
Estudio en tejidos cerebrales: lo que descubrieron los investigadores
Para poner a prueba el dispositivo, los investigadores realizaron experimentos en cortes de tejido cerebral del hipocampo de ratón, una región fundamental para el aprendizaje y la memoria. Aplicaron pequeñas dosis de iones de potasio o de sodio sobre células específicas y midieron sus respuestas eléctricas.
Lo que observaron les sorprendió. «Las neuronas no respondieron tan rápido como esperábamos al cambio en la concentración iónica —comenta Sjöström. Y añade—: En cambio, los astrocitos reaccionaron de inmediato y de forma muy dinámica. Solo cuando estos se saturaron comenzaron a activarse las neuronas. Esto nos mostró de forma muy clara cómo se regula finamente la interacción entre distintos tipos celulares en el cerebro, algo que otras tecnologías no han podido revelar».
Además, pudieron comprobar que el efecto era reversible y proporcional: al cesar la liberación de iones, las células volvían a su estado basal, sin efectos colaterales. Esto contrasta fuertemente con métodos anteriores, como la iontoforesis, donde el flujo de líquido o los cambios de presión podían alterar el experimento y dificultar la interpretación de los resultados.
Cómo funciona esta nueva herramienta para el cerebro
Aunque este estudio se centró en comprender la fisiología celular, Sjöström y sus colegas ya piensan más allá. La posibilidad de liberar iones —o incluso fármacos cargados— con esta precisión abre la puerta a terapias localizadas para enfermedades neurológicas.
«El próximo paso es continuar estudiando la señalización química en tejidos cerebrales sanos y enfermos, y explorar cómo esta tecnología puede utilizarse para administrar tratamientos médicos contra trastornos como la epilepsia», explica Simon.
El dispositivo, además, tiene una ventaja inesperada: su familiaridad. Aunque internamente es muy diferente, externamente se parece a las micropipetas tradicionales que se utilizan en neurociencia, lo que facilita su adopción por parte de la comunidad científica.
«La ventaja es que decenas de miles de personas en todo el mundo ya están familiarizadas con esta herramienta y saben cómo manejarla. Esperamos que eso contribuya a que sea útil más pronto», añade Simon.
Una herramienta que revela dinámicas ocultas
Uno de los hallazgos más fascinantes del estudio fue la posibilidad de observar con claridad el papel de los astrocitos en la regulación del potasio extracelular. Estas células gliales, a menudo relegadas a un segundo plano, demostraron ser las primeras en responder ante la nueva concentración de K⁺.
De hecho, amortiguaban su aumento antes de que las neuronas comenzaran a disparar potenciales de acción. Estos son señales eléctricas breves que utilizan las células nerviosas para enviar información. Se generan cuando una neurona cambia rápidamente su carga eléctrica, lo que permite transmitir impulsos a lo largo del axón o canal de salida de la información hasta otras células, que la reciben a través de las dendritas o canales de entrada.
Este hallazgo refuerza la hipótesis de que los astrocitos juegan un papel clave como guardianes del equilibrio iónico cerebral, especialmente durante estados de alta actividad como las convulsiones epilépticas.
Además, el equipo exploró el efecto de liberar sodio con el mismo dispositivo. Aunque el cambio en el potencial de membrana fue mucho menor en neuronas (como era de esperar por el equilibrio de cargas), sí se observó una sorprendente despolarización en los astrocitos, cuyo origen aún no está del todo claro.
Daniel Simon y Theresia Arbring Sjöström, profesores de la Universidad de Linköping y coautores del desarrollo de la micropipeta iontrónica. Fotos: Thor Balkhed
¿Puede esta tecnología curar enfermedades neurológicas?
El potencial de la micropipeta iontrónica va más allá del potasio o el sodio. Su diseño podría adaptarse para liberar neurotransmisores, moléculas grandes o fármacos específicos en cantidades ínfimas, justo donde se necesitan. Esto la convierte en una candidata ideal para estudios más complejos sobre propagación de señales neuronales, plasticidad sináptica o incluso interacción entre regiones cerebrales.
Por ahora, los modelos computacionales que acompañaron el diseño permiten prever con precisión cómo se distribuyen los iones, cuánto tiempo tardan en difundirse y qué intensidad de corriente se requiere para lograr ciertos efectos. Todo esto convierte al dispositivo no solo en una herramienta de experimentación, sino en una plataforma versátil para desarrollar nuevos enfoques terapéuticos.
Aunque aún es pronto para hablar de curas, los investigadores consideran que esta herramienta tiene un alto potencial terapéutico. En especial, podría formar parte de implantes cerebrales inteligentes para modular la actividad neuronal de manera personalizada.
En palabra de los autores, la micropipeta iontrónica miniaturizada representa un avance radical en el estudio de la comunicación celular en el cerebro. Capaz de modular la actividad neuronal de forma precisa, reversible y sin alterar el entorno, esta herramienta no solo amplía el horizonte de la investigación en neurociencia, sino que también sienta las bases para tratamientos del futuro que hablen el lenguaje natural del cerebro: el de los iones. ▪️
Información facilitada por la Universidad de Linköping
Fuente: Theresia Arbring Sjöström et al. Miniaturized Iontronic Micropipettes for Precise and Dynamic Ionic Modulation of Neuronal and Astrocytic Activity. Nano-Micro Small (2025). DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202410906
