Dispositivo de estimulación de un tejido vivo mediante microelectrodos, su módulo amovible y su utilización.

Dispositivo de estimulación de un tejido vivo, que comprende una matriz (1) de microelectrodos (11) dispuestossegún una configuración determinada lado a lado,

comprendiendo cada microelectrodo una sección (210) deaplicación local al tejido vivo y un conductor (21) de envío de una señal de estimulación, y siendo seleccionable parala aplicación de una señal eléctrica de estimulación,

estando los microelectrodos (11) aislados uno del otro,

estando los conductores (21) de envío de señal de estimulación aislados uno del otro,

estando las secciones (210) de aplicación local aisladas una de la otra,

estando una pluralidad de zonas conductoras (31) localizadas, respectivamente por una pluralidad determinadade microelectrodos (11), cerca de la pluralidad de las secciones (210) de aplicación local de dichosmicroelectrodos (11) determinadas de la matriz, estando aisladas de estas secciones (210) de aplicación local,caracterizado porque

dicha pluralidad de zonas conductoras (31) forman parte de una superficie conductora (3) suplementaria conrespecto a los microelectrodos (11) y distinta de los microelectrodos (11), sirviendo la superficie conductora (3)suplementaria para la aplicación en su totalidad o en parte contra el tejido vivo,

estando unos medios (32, 37, 38, 50, 52) de unión previstos para asegurar una unión eléctrica entre dichapluralidad de zonas (31) conductoras de la superficie suplementaria (3) para la totalidad de dicha pluralidaddeterminada de los microelectrodos (11) aislados uno del otro, para que las zonas (31) conductoras de lasuperficie suplementaria (3) sean sustancialmente equipotenciales,

estando la superficie conductora suplementaria (3) unida además a por lo menos un acceso (33) destinado aestar conectado a un conductor exterior (35) de retorno por lo menos parcial de la señal de estimulación, yestando formada para asegurar una estimulación focal a partir de por lo menos uno de entre la pluralidaddeterminada de microelectrodos (11), y para servir de medio de focalización en común para varias secciones(210) de aplicación de microelectrodos (11) diferentes determinados.

Dispositivo de estimulación de un tejido vivo mediante microelectrodos, su módulo amovible y su utilización.

La invención se refiere a un dispositivo de estimulación de un tejido vivo mediante una matriz de microelectrodos.

Las matrices de microelectrodos se utilizan por ejemplo en aplicaciones neurofisiológicas y farmacológicas.

Estas matrices se utilizan para registrar las actividades eléctricas de un tejido vivo (actividades celulares o multicelulares) . Se utilizan también para estimular eléctricamente un tejido. Esto se aplica para cualquier tipo de tejido excitable, en particular el tejido nervioso, el tejido muscular, por ejemplo cardiaco, o las células madre.

Se busca en particular poder estimular un tejido nervioso de manera focal.

Una aplicación a largo plazo se refiere a las neuroprótesis, y tiene como objetivo desarrollar unos microestimuladores implantados en el cuerpo (en particular humano, pero también en el animal) para generar unas estimulaciones eléctricas, con el fin de compensar unas disfunciones de las redes neuronales en el caso de una enfermedad o de una anomalía de un órgano. Se trata, por ejemplo, de estimulaciones profundas del cerebro en el caso de enfermedades neurodegenerativas (por ejemplo Parkinson, Alzheimer, demencias) , de la médula espinal en el caso de trastornos motores o de tratamiento del dolor por ejemplo, de los músculos, o también de las estructuras sensoriales como los nervios periféricos, la retina, la cóclea (oído interno) , u otros relés sensoriales.

Para poder estimular unas neuronas vivas, la matriz de microelectrodos debe por lo tanto ser dimensionada a escala del tejido vivo a estimular.

Los microelectrodos de estimulación tienen habitualmente un diámetro del orden de algunas decenas de micrómetros o menos, y un espaciamiento de algunas centenas de micrómetros o menos. Sin embargo, para la estimulación más macroscópica del sistema nervioso central o periférico, se utilizan unos electrodos más grandes (del orden del mm o del cm) .

Los documentos [1] a [6] mencionados a continuación describen unas matrices de electrodos de estimulación, así como unos métodos para utilizarlas. La matriz puede comprender varias decenas o varias centenas de microelectrodos de estimulación.

El documento [1] prevé así una matriz que tiene 36 microelectrodos de estimulación y 4 electrodos de referencia.

En cuanto al documento [5], éste prevé que los microelectrodos estén repartidos en dos grupos, uno utilizado para la estimulación y el otro utilizado para el registro, lo cual duplica el número de microelectrodos.

Uno de los problemas encontrados con los microelectrodos es obtener una estimulación focal del tejido vivo. En efecto, en la matriz de microelectrodos de estimulación, si se envía una señal de estimulación a uno de los microelectrodos, es para estimular la zona del tejido nervioso situada enfrente de este microelectrodo.

Se conocen así las estimulaciones monopolares, en las que la estimulación de una célula viva VIV se efectúa entre un microelectrodo de estimulación 11 entre los microelectrodos 10 de estimulación de la matriz 1 y una masa distante MD de la matriz 1 de microelectrodos de estimulación, así como se representa en la figura 1.

En el caso de una estimulación bipolar, así como se representa en la figura 2, la estimulación se efectúa entre dos microelectrodos de estimulación 11 y 12 de la matriz 1.

Estos dos tipos de estimulación no son sin embargo satisfactorios, en la medida en la que, para una estimulación monopolar, un electrodo lejos de una neurona puede también activar esta neurona con la misma corriente que un electrodo cerca de esta neurona y en la que, para una estimulación bipolar, existe una zona ciega en la que unas neuronas cercanas a los electrodos estimulantes no se excitan.

El documento [8] WO 2005/087309 describe una disposición de electrodos para la excitación de nervios o de músculos que consiste en sustituir unos electrodos de grandes tamaños por un grupo de electrodos de tamaños más pequeños que ocupan en total una dimensión comparable a la del electrodo grande. Estos grupos forman un único sitio de estimulación. Cada sitio de estimulación comprende tres o cinco grupos constituidos cada uno por unos elementos de superficie conductores de la electricidad que están conectados entre sí mediante unas pistas conductoras. Una matriz de electrodos comprende siete sitios de estimulación que tienen cada uno cinco grupos constituidos cada uno por unos elementos de superficies conductores de la electricidad que están conectados entre sí por unas pistas conductoras. La utilización de grupos de electrodos para cada sitio de estimulación permite obtener una distribución de potencial más homogénea en la zona estimulada con respecto al sitio de estimulación que la obtenida con un solo electrodo de gran tamaño. Esto conlleva una homogeneización de las estimulaciones, lo que juega en detrimento de su focalización.

El documento [7] prevé un procedimiento de estimulación preferencial de somas neuronales, previendo posicionar cerca de la región del tejido neuronal un electrodo de estimulación que comprende una primera región interior conductora en forma de disco, rodeada por una segunda región conductora anular, estando la primera y la segunda regiones conductoras separadas por una región aislante. La corriente de estimulación está suministrada entre el conductor circular central y el conductor anular, proporcionando este último un bucle de retorno de corriente. La dispersión lateral de la corriente en el tejido neural está contenida en una zona más local que con una estimulación monopolar, de manera que el número de somas activados por el electrodo está limitado, incluyendo únicamente los próximos al electrodo central.

Este dispositivo presenta el doble inconveniente de tener que duplicar los conectores del electrodo de estimulación, y tener que liberar unas corrientes más importantes para conseguir estimular las células locales.

La invención pretende paliar estos inconvenientes para una matriz de microelectrodos de estimulación, dispuestos según una configuración determinada lado a lado y seleccionables para la aplicación de una señal eléctrica de estimulación por uno de los microelectrodos.

En particular, el dispositivo de estimulación debe poder ser generalizado para un gran número de microelectrodos de estimulación en la matriz, y ser al mismo tiempo fácil de aplicar.

Para ello, la invención tiene por objeto un dispositivo de estimulación de un tejido vivo, que comprende una matriz de microelectrodos, dispuestos según una configuración determinada lado a lado y seleccionables para la aplicación de una señal eléctrica de estimulación por uno de los microelectrodos, estando los microelectrodos aislados el uno del otro y comprendiendo cada uno un conductor de envío de una señal de estimulación, que tiene una sección de aplicación local al tejido vivo,

caracterizado porque comprende, además de los conductores de los microelectrodos, por lo menos una superficie conductora suplementaria de aplicación en todo o en parte contra el tejido vivo, que está aislada de los conductores de los microelectrodos, y comprende una pluralidad de zonas conductoras situadas respectivamente cerca de una pluralidad determinada de secciones de aplicación local de microelectrodos de la matriz,

estando previstos unos medios de conexión para asegurar una conexión eléctrica entre las zonas conductoras de la superficie suplementaria,

estando la superficie conductora suplementaria conectada además a por lo menos un acceso destinado a ser conectado con un conductor exterior de retorno, por lo menos parcial, de la señal de estimulación y estando formada para asegurar una estimulación focal a partir de por lo menos una de la pluralidad determinada de microelectrodos.

Según unos modos de realización de la invención: 40

-la superficie conductora suplementaria está integrada en el mismo soporte que el de los microelectrodos,

-o la superficie conductora suplementaria está integrada sobre un soporte diferente del de los microelectrodos,

- la superficie conductora suplementaria está en forma de rejilla, cuyas zonas conductoras están formadas por mallas que pasan alrededor de microelectrodos, estando los medios de conexión formados sobre la superficie suplementaria por las intersecciones de las mallas entre sí,

-dichas mallas que pasan alrededor de los microelectrodos rodeando cada una un solo microelectrodo, 50

-la rejilla está formada por unas líneas rectilíneas secantes,

-cada una de las mallas... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de estimulación de un tejido vivo, que comprende una matriz (1) de microelectrodos (11) dispuestos según una configuración determinada lado a lado, comprendiendo cada microelectrodo una sección (210) de aplicación local al tejido vivo y un conductor (21) de envío de una señal de estimulación, y siendo seleccionable para la aplicación de una señal eléctrica de estimulación,

estando los microelectrodos (11) aislados uno del otro,

estando los conductores (21) de envío de señal de estimulación aislados uno del otro,

estando las secciones (210) de aplicación local aisladas una de la otra,

estando una pluralidad de zonas conductoras (31) localizadas, respectivamente por una pluralidad determinada de microelectrodos (11) , cerca de la pluralidad de las secciones (210) de aplicación local de dichos microelectrodos (11) determinadas de la matriz, estando aisladas de estas secciones (210) de aplicación local,

caracterizado porque dicha pluralidad de zonas conductoras (31) forman parte de una superficie conductora (3) suplementaria con respecto a los microelectrodos (11) y distinta de los microelectrodos (11) , sirviendo la superficie conductora (3) suplementaria para la aplicación en su totalidad o en parte contra el tejido vivo,

estando unos medios (32, 37, 38, 50, 52) de unión previstos para asegurar una unión eléctrica entre dicha pluralidad de zonas (31) conductoras de la superficie suplementaria (3) para la totalidad de dicha pluralidad determinada de los microelectrodos (11) aislados uno del otro, para que las zonas (31) conductoras de la superficie suplementaria (3) sean sustancialmente equipotenciales,

estando la superficie conductora suplementaria (3) unida además a por lo menos un acceso (33) destinado a estar conectado a un conductor exterior (35) de retorno por lo menos parcial de la señal de estimulación, y estando formada para asegurar una estimulación focal a partir de por lo menos uno de entre la pluralidad determinada de microelectrodos (11) , y para servir de medio de focalización en común para varias secciones (210) de aplicación de microelectrodos (11) diferentes determinados.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una sola superficie conductora (3) suplementaria.

3. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el número de superficies suplementarias (3) es inferior a la décima parte del número de microelectrodos (11) de la matriz.

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque hay varias superficies suplementarias (3) , sustancialmente equipotenciales.

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque hay varias superficies suplementarias (3) con unos potenciales sustancialmente diferentes.

6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el potencial de la por lo menos una superficie suplementaria (3) es diferente del potencial de por lo menos un microelectrodo (11) de dicha pluralidad determinada de microelectrodos (11) .

7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la superficie conductora (3) suplementaria está integrada en el mismo soporte que el de los microelectrodos (11) .

8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la superficie conductora (3) suplementaria está integrada sobre un soporte diferente del de los microelectrodos (11) .

9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la superficie conductora (3) suplementaria está en forma de rejilla, cuyas zonas conductoras están formadas por unas mallas (31) que pasan alrededor de microelectrodos (11) , estando los medios de unión formados sobre la superficie suplementaria por las intersecciones (32) de las mallas (31) entre sí.

10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque dichas mallas (31) que pasan alrededor de microelectrodos (11) rodean cada una un solo microelectrodo (11) .

11. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado porque la rejilla (3) está formada por unas líneas rectilíneas secantes.

12. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque cada una de las mallas (31) de la rejilla (3) que rodea un microelectrodo (11) forma un píxel de estimulación restringido al espacio delimitado por esta malla (31) .

13. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la superficie conductora (3) suplementaria pasa entre unos microelectrodos (11) .

14. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la superficie conductora (3) 10 suplementaria rodea unos microelectrodos (11) .

15. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la superficie conductora (3) suplementaria es continua con unas aberturas (36) de paso de las secciones (210) de aplicación local de microelectrodos (11) .

16. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la superficie conductora (3) suplementaria comprende unas ramificaciones (39) eléctricamente en paralelo entre unos microelectrodos (11) y que pasan cada una cerca de varios microelectrodos (11) .

17. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque los medios (32, 37, 50) de conexión eléctrica entre las diferentes zonas conductoras (31) están situados por lo menos en parte en la superficie conductora (3) suplementaria.

18. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque los medios (38, 52) de conexión eléctrica están situados por lo menos en parte en el exterior de la superficie conductora (3) suplementaria, en el interior o en el exterior de un soporte de la superficie conductora (3) suplementaria o en un circuito eléctrico exterior suplementario.

19. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la superficie conductora (3)

suplementaria presenta una conductividad eléctrica de superficie de interfaz con el tejido vivo superior o igual a 100 S/m2 a una frecuencia de 100 Hz a 1000 Hz.

20. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la superficie conductora (3) suplementaria presenta una conductividad eléctrica de superficie de interfaz con el tejido vivo superior o igual a 1000 S/m2 a una frecuencia de 100 Hz a 1000 Hz, y preferentemente superior o igual a 40000 S/m2 a una frecuencia de 100 Hz a 1000 Hz.

21. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la matriz de microelectrodos (11) posee un paso de separación entre microelectrodos, y dichas zonas conductoras (31) de la superficie suplementaria (3) pasan a una distancia de la pluralidad de los microelectrodos (11) , inferior o igual a cinco veces el paso de separación máximo entre microelectrodos, y preferentemente a una distancia inferior o igual al paso de separación mínimo entre microelectrodos.

22. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichas zonas conductoras 45 (31) de la superficie suplementaria (3) pasan a una distancia de la pluralidad de microelectrodos, inferior o igual a 500 !m.

23. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una multiplicidad de accesos eléctricos (13) a los microelectrodos (11) , que están asociados respectivamente a la 50 multiplicidad de microelectrodos (11) de la matriz (1) , siendo el acceso (33) de la superficie conductora (3) suplementaria, único y distinto de los accesos eléctricos (13) de los microelectrodos (11) .

24. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizado porque comprende una multiplicidad de accesos eléctricos (13) a los microelectrodos (11) , que están asociados respectivamente a la multiplicidad de 55 microelectrodos (11) de la matriz (1) , siendo el acceso (33) de la superficie conductora (3) suplementaria, múltiple y distinto de los accesos eléctricos (13) de los microelectrodos (11) .

25. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los microelectrodos (15)

situados en el borde de la matriz (1) delimitan una región (14) de aplicación contra el tejido vivo y el acceso (33) de 60 la superficie (3) está situado en el exterior de la región (14) de aplicación de los microelectrodos (11) .

26. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, caracterizado porque los microelectrodos (15) situados en el borde de la matriz (1) delimitan una región (14) de aplicación contra el tejido vivo, y el acceso (33) de la superficie (3) está situado en el interior de la región (14) de aplicación de los microelectrodos (11) .

27. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además un primer sistema (4) de generación de estímulos eléctricos, de amplificación y de multiplexado de las señales registradas con los microelectrodos, conectado a los microelectrodos (11) , y al acceso (33) de la superficie (3) , un segundo sistema (5) de adquisición y de control provisto de una interfaz hombre-máquina (6) para el mando del

primer sistema (4) con el fin de enviar a por lo menos uno de los microelectrodos (11) preseleccionados una señal de estimulación predeterminada sobre la interfaz hombre-máquina (6) , y de recoger la respuesta del tejido vivo a la señal de estimulación y de restituirla sobre la interfaz hombre-máquina (6) .

28. Utilización in vitro del dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para su aplicación en contacto con uno de entre una preparación celular, un explante, un sistema de laboratorio, un órgano vivo aislado, una parte de órgano vivo aislado.

29. Conjunto amovible destinado a ser montado en el dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 27, caracterizado porque comprende, en un mismo módulo amovible o repartidos sobre varios módulos amovibles separados, la matriz (1) de microelectrodos, dicha superficie (3) suplementaria, y un circuito (16) de interfaz eléctrica de entrada-salida para la conexión eléctrica de los microelectrodos (11) y de la superficie (3) suplementaria con el exterior, que comprende una multiplicidad de bornes de acceso eléctricos (13) con respectivamente la multiplicidad de microelectrodos (11) de la matriz (1) y un borne de acceso (33) de superficie (3) suplementaria, distinto de los bornes de acceso eléctricos (13) de los microelectrodos (11) .

30. Utilización del dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 27, para el registro de señales emitidas por un tejido vivo de uno de entre una preparación celular, un explante, un sistema de laboratorio, un órgano vivo aislado, una parte de órgano vivo aislado.