Un implante neural podría devolver la función de las extremidades a amputados o personas que han perdido el uso de brazos o piernas. El dispositivo, realizado por investigadores de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), se integra en el nervio gracias a la combinación de electrónica flexible y células madre humanas. El resultado de la investigación que ha desarrollado el implante, publicado en la revista 'Science Advances', puede suponer un importante avance para mejorar la calidad de vida de personas amputadas o sin movilidad en las extremidades.
En un estudio realizado en ratas, utilizaron el dispositivo para mejorar la conexión entre el cerebro y las extremidades paralizadas. Los intentos anteriores de utilizar implantes neuronales para restaurar la función de las extremidades han fracasado en su mayoría, ya que con el tiempo tiende a formarse tejido cicatricial alrededor de los electrodos, lo que impide la conexión entre el dispositivo y el nervio.
Al intercalar una capa de células musculares reprogramadas a partir de células madre entre los electrodos y el tejido vivo, los investigadores descubrieron que el dispositivo se integraba en el cuerpo del huésped y se evitaba la formación de tejido cicatricial. Las células sobrevivieron en el electrodo durante los 28 días que duró el experimento, la primera vez que se ha observado este fenómeno durante un periodo tan largo.
Los investigadores afirman que al combinar dos terapias avanzadas para la regeneración nerviosa --la terapia celular y la bioelectrónica-- en un único dispositivo, pueden superar las deficiencias de ambos enfoques, mejorando la funcionalidad y la sensibilidad.
Aunque habrá que realizar numerosas investigaciones y pruebas antes de que pueda utilizarse en seres humanos, el dispositivo es un avance prometedor para amputados o personas que hayan perdido la función de una o varias extremidades.
La incapacidad de las neuronas para regenerarse y reconstruir los circuitos neuronales dañados supone un enorme reto a la hora de revertir las lesiones que provocan la pérdida de una extremidad o de su función.
"Si a alguien le amputan un brazo o una pierna, por ejemplo, todas las señales del sistema nervioso siguen ahí, aunque el miembro físico haya desaparecido --explica el docor Damiano Barone, del Departamento de Neurociencias Clínicas de Cambridge y codirector de la investigación--. El reto de integrar miembros artificiales, o de devolver la función a brazos o piernas, es extraer la información del nervio y hacerla llegar al miembro para que recupere la función".
Damiano Barone: "El reto de devolver la función a brazos o piernas es extraer la información del nervio y hacerla llegar al miembro para que recupere la función"
Una forma de abordar este problema es implantar un nervio en los grandes músculos del hombro y fijarle electrodos. El problema de este método es que se forma tejido cicatricial alrededor del electrodo, además de que sólo es posible extraer información superficial del electrodo.
Para obtener una mejor resolución, cualquier implante para restaurar la función necesitaría extraer mucha más información de los electrodos. Y para mejorar la sensibilidad, los investigadores querían diseñar algo que pudiera funcionar a escala de una sola fibra nerviosa, o axón.
"Un axón tiene un voltaje minúsculo --explica Barone--, pero una vez que se conecta con una célula muscular, que tiene un voltaje mucho mayor, la señal de la célula muscular es más fácil de extraer. Ahí es donde se puede aumentar la sensibilidad del implante".
Los investigadores diseñaron un dispositivo electrónico flexible biocompatible lo bastante fino como para fijarlo al extremo de un nervio. A continuación, colocaron sobre el electrodo una capa de células madre reprogramadas en células musculares. Es la primera vez que este tipo de célula madre, denominada célula madre pluripotente inducida, se utiliza de este modo en un organismo vivo.
"Estas células nos proporcionan un enorme grado de control --continúa Barone--. Podemos decirles cómo comportarse y controlarlas durante todo el experimento. Al poner células entre la electrónica y el cuerpo vivo, éste no ve los electrodos, sólo ve las células, por lo que no se genera tejido cicatricial".
El dispositivo biohíbrido se implantó en el antebrazo paralizado de las ratas. Las células madre, que se habían transformado en células musculares antes de la implantación, se integraron con los nervios del antebrazo de la rata.
Aunque las ratas no recuperaron el movimiento del antebrazo, el dispositivo fue capaz de captar las señales del cerebro que controlan el movimiento. Si se conectara al resto del nervio o a una prótesis, el dispositivo podría ayudar a recuperar el movimiento.
La capa celular también mejoró la función del dispositivo, al aumentar la resolución y permitir la vigilancia a largo plazo dentro de un organismo vivo. Las células sobrevivieron al experimento de 28 días: es la primera vez que se demuestra que las células sobreviven a un experimento prolongado de este tipo.
Los investigadores afirman que su método tiene múltiples ventajas sobre otros intentos de restaurar la función en amputados. Además de su fácil integración y estabilidad a largo plazo, el dispositivo es lo bastante pequeño como para que su implantación sólo requiera una intervención quirúrgica mínimamente invasiva.
Otras tecnologías de interconexión neuronal para restablecer la función en amputados exigen complejas interpretaciones de la actividad cortical específica del paciente para asociarla a los movimientos musculares, mientras que el dispositivo desarrollado en Cambridge es una solución muy escalable, ya que utiliza células "listas para usar".
Además de su potencial para restablecer la función en personas que han perdido el uso de una o varias extremidades, los investigadores afirman que su dispositivo también podría utilizarse para controlar prótesis mediante la interacción con axones específicos responsables del control motor.
Amy Rochford: "Combinando células humanas vivas con materiales bioelectrónicos, hemos creado un sistema que puede comunicarse con el cerebro de forma más natural e intuitiva"
"Esta interfaz podría revolucionar la forma en que interactuamos con la tecnología --afirma la coautora Amy Rochford, del Departamento de Ingeniería--. Combinando células humanas vivas con materiales bioelectrónicos, hemos creado un sistema que puede comunicarse con el cerebro de forma más natural e intuitiva, lo que abre nuevas posibilidades para prótesis, interfaces cerebro-máquina e incluso para mejorar las capacidades cognitivas".
El doctor Alejandro Carnicer-Lombarte, coautor del trabajo y también del Departamento de Ingeniería, destaca que "esta tecnología representa un nuevo y apasionante enfoque de los implantes neuronales, que esperamos desbloquee nuevos tratamientos para los pacientes que los necesitan".
"Ha sido una empresa de alto riesgo y estoy muy contento de que haya funcionado --confiesa el profesor George Malliaras, del Departamento de Ingeniería de Cambridge, que codirigió la investigación--. Es una de esas cosas que no sabes si tardará dos años o diez en funcionar, y acabó sucediendo de forma muy eficiente".
Los investigadores trabajan ahora para seguir optimizando los dispositivos y mejorar su escalabilidad. El equipo ha presentado una solicitud de patente sobre la tecnología con el apoyo de Cambridge Enterprise, la rama de transferencia de tecnología de la Universidad.
La tecnología se basa en células musculares habilitadas para opti-oxTM. La tecnología de reprogramación celular de precisión opti-ox permite ejecutar fielmente programas genéticos en las células y fabricarlas a gran escala de manera uniforme.
Las líneas celulares iPSC musculares opti-ox utilizadas en el experimento fueron suministradas por el laboratorio Kotter de la Universidad de Cambridge. La tecnología de reprogramación opti-ox es propiedad de la empresa de biología sintéticabit.bio.