Unión perfecta entre hombre y máquina

Publicado 16/10/2009 09:31


Unos diminutos implantes que se conectan a las células nerviosas podrían facilitar el control de miembros prostéticos.

Un novedoso implante conectado a las células musculares podría mejorar la integración de los miembros prostéticos con el cuerpo, permitiendo a las personas amputadas poseer un mayor control sobre los apéndices robóticos. El dispositivo, desarrollado en la Universidad de Michigan, consiste en unas diminutas copas, hechas a partir de un polímero eléctricamente conductivo, que encajan en las terminaciones nerviosas y atraen a los nervios amputados. Las señales eléctricas procedentes del nervio son después traducidas para así mover el miembro.

“Da la impresión de que podría convertirse en una forma elegante de controlar una prótesis con movimientos delicados,” afirma Rutledge Ellis-Behnke, científico en MIT y que no participó en la investigación. “En vez de tener un gran trozo de plástico poco inteligente pegado al brazo, podrías tener una herramienta integrada que se sintiese como si fuera parte del cuerpo.”

A día de hoy, el movimiento de la mayoría de las prótesis es limitado y requiere un gran esfuerzo. Los miembros están controlados por los movimientos conscientes del músculo restante—la persona que los lleva puestos, por ejemplo, contrae el músculo del pecho para mover el brazo en una cierta dirección. Al cablear los nervios residuales directamente a los miembros artificiales se obtiene una forma más intuitiva de controlar dichos miembros. Sin embargo los intentos por construir puntos de contacto en los nervios periféricos se han visto entorpecidos en gran medida por el crecimiento de tejidos cicatrizantes, que limitan la utilidad y durabilidad de los dispositivos implantados.

A fecha de hoy el método más exitoso para controlar una prótesis es un procedimiento quirúrgico por el cual los nervios que previamente estaban unidos a los músculos del brazo y la mano amputadas se transplantan al pecho. Cuando la persona que lleva puesta la prótesis piensa en mover la mano, los músculos del pecho se contraen, y esas señales se utilizan para mover el miembro. Aunque supone una enorme mejora en comparación con otros métodos actualmente existentes, este método sólo logra proveer un nivel limitado de control—sólo se pueden transplantar alrededor de cinco nervios al pecho.

La nueva interfaz, desarrollada por el cirujano plástico Paul Cederna y sus colegas, está construido a partir de este concepto, usando como objetivo células musculares transplantadas en vez de músculos intactos. Después de que un miembro ha sido amputado, los nervios que originalmente estaban unidos a él siguen brotando, buscando un nuevo músculo al que conectarse. (Este proceso biológico a veces puede crear dolorosas marañas de tejido nervioso, llamadas neuromas, en la punta de los miembros amputados.) “El nervio está enviando señales constantemente para decirle a la mano lo que tiene que hacer, incluso cuando la mano ya no está ahí,” afirma Cederna. “Podemos interpretar esas señales y usarlas para mover una prótesis.”

La interfaz consiste en una pequeña estructura con forma de copa de alrededor de una décima de milímetro de diámetro que se implanta quirúrgicamente al final del nervio, enviando las señales sensoriales y motoras del nervio a la prótesis. Dentro de la copa existe un andamiaje de tejido biológico implantado con células musculares—puesto que los nervios motores y sensoriales hacen sus conexiones con los músculos en los tejidos sanos, las células musculares proporcionan un objetivo natural para las terminaciones nerviosas desviadas. El nervio amputado crece dentro de la copa y se conecta a las células, transmitiendo las señales eléctricas desde el cerebro. Puesto que está recubierta con un polímero eléctricamente activo, la copa actúa como cable para recoger las señales eléctricas y transmitirlas al miembro robótico. El equipo de Cederna no desarrolla las prótesis por sí mismos, aunque afirma que las señales podrían ser transmitidas a través de la tecnología inalámbrica existente.

Por ahora, los científicos han puesto a prueba la interfaz en roedores con nervios periféricos amputados, demostrando que los nervios crecen en las copas y hacen las conexiones con las células musculares. “Si son capaces de mantener la terminación de la neurona intacta en ese área, eso supondría un avance importantísimo,” afirma Ellis-Behnke. Los nervios en las ratas son aproximadamente del mismo tamaño que los que se usarían en humanos. La investigación fue presentada hoy en una conferencia del Colegio Americano de Cirujanos de Chicago.

El dispositivo también puede devolver sensaciones a los nervios sensoriales, que envían el calor, la presión y otro tipo de información desde la piel al cerebro. Al igual que los nervios motores, los nervios sensoriales hacen conexiones con las células musculares de la copa. Durante las pruebas con roedores, los científicos cortaron dos nervios en el mismo animal—un nervio motor y uno sensorial. Aunque la rata no tenía prótesis, los científicos fueron capaces de demostrar que el implante podría servir como puente entre el nervio amputado, transmitiendo a través de él los mensajes neuronales; al hacer cosquillas en el pie de la rata se provocó una actividad dentro de las células musculares del implante.

La capacidad sensorial es uno de los componentes que más faltan en las prótesis de hoy día—la respuesta táctil, de presión y de temperatura es vital a la hora de recoger un frágil huevo o una sartén caliente. En el futuro, los miembros prostéticos se podrían fabricar con sensores de calor o de presión que pudieran transmitir esa información las células de los músculos en la interfaz y permitir que esta información fuese enviada al cerebro.

La investigación aún está en su fase más inicial, y aún quedan por responder una serie de preguntas. “Necesitamos averiguar cuánto tardan las conexiones en hacerse funcionales, y cómo será su durabilidad y robustez,” afirma Joseph Pancrazio, director de programa en el Instituto Nacional de Enfermedades Neurológicas y Derrames, y que no estuvo involucrado en la investigación. “Pero todo esto es muy interesante.” La investigación está financiada por el Departamento de Defensa.

Uno de los mayores problemas con los implantes neuronales a día de hoy viene dado por la estabilidad de los dispositivos, ya que los electrodos implantados a menudo se ven rodeados de tejido cicatrizante y dejan de funcionar. Por ahora, durante los seis meses que los científicos han estado evaluando las interfaces en los ratones, no se han dado signos de cicatrización. Aunque los científicos no están seguros del porqué, puede que la copa proteja al implante de las reacciones inflamatorias que provocan la cicatrización, o que al dar un objetivo a las células nerviosas se logran disminuir este tipo de reacciones en general puesto que se crea un entorno más normal para los nervios amputados. Los investigadores están analizando los implantes de forma diaria para determinar su durabilidad a lo largo del tiempo.

No obstante, uno de los descubrimientos iniciales más prometedores es que el tejido que rodea a la interfaz hace crecer nuevos vasos sanguíneos para alimentar a las células musculares implantadas, supliéndolas con los nutrientes necesarios para sobrevivir.

Aún no está claro cuántas de estas tapas nerviosos necesitarían los pacientes para tener un control adecuado sobre un miembro artificial sofisticado. Alguien que haya perdido el brazo al nivel del hombro, por ejemplo, necesitaría las suficientes tapas nerviosas para flexionar y extender el codo, la muñeca y los dedos, además de tapas para los nervios sensoriales. “El único límite,” señala Cederna, “tendrá que ver con el grado de tecnología con que se puedan construir las prótesis.”

Fuente:

Technology Review

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