Por Rubina Veerakone | Instituto McGovern para la Investigación Cerebral
¿Y si una tecnología pudiera reanimar partes del cuerpo que han perdido su conexión con el cerebro, como una vejiga que ya no puede vaciarse debido a una lesión medular, o intestinos que no pueden expulsar los alimentos debido a la enfermedad de Crohn? ¿Y si esta tecnología también pudiera enviar sensaciones como el hambre o el tacto de vuelta al cerebro?
Una nueva investigación del MIT ofrece un vistazo a este futuro. En un estudio de acceso abierto publicado hoy en Nature Communications, los investigadores presentan un novedoso actuador mioneural (MNA) que reprograma músculos vivos para convertirlos en motores resistentes a la fatiga y controlados por computadora, los cuales pueden implantarse dentro del cuerpo para restaurar el movimiento en los órganos.
Hugh Herr es el autor principal del estudio, profesor de artes y ciencias de los medios en el MIT Media Lab, codirector del Centro K. Lisa Yang para la Biónica y miembro asociado del Instituto McGovern para la Investigación Cerebral del MIT. El estudio fue codirigido por Guillermo Herrera-Arcos, investigador postdoctoral de Herr, y Hyungeun Song, antigua investigadora postdoctoral.
Al reutilizar músculos ya existentes en el cuerpo, los investigadores han desarrollado el primer implante «vivo» que utiliza nervios sensoriales modificados para revivir órganos paralizados, lo que podría dar lugar a un nuevo tipo de medicina, donde el propio tejido de la persona se convierte en el componente principal.
Reconfigurando la interfaz cerebro-cuerpo
Muchos científicos se han esforzado por restaurar la función de órganos paralizados, pero diseñar una tecnología que se comunique con el sistema nervioso y que no se fatigue con el tiempo es extremadamente difícil. Algunos han intentado implantar actuadores miniaturizados —pequeñas máquinas que pueden impulsar extremidades biónicas— en el cuerpo. Otros se han centrado en crear tejido muscular en el laboratorio, pero la construcción de músculos célula a célula requiere mucho tiempo y está lejos de estar lista para su uso en humanos.
El equipo de Herr intentó algo diferente. Para ello, los investigadores tuvieron que comprender la delicada dinámica del sistema nervioso. El actuador debía interactuar con el sistema nervioso para funcionar correctamente, pero también debía eludir de alguna manera el control cerebral. Establecer un músculo controlado por computadora para mover órganos podría garantizar el funcionamiento automático y, además, sortear las vías cerebrales dañadas.
La incorporación de neuronas motoras al actuador puede ayudar a generar movimiento, pero estas neuronas están controladas directamente por el cerebro. Para lograrlo, los nervios sensoriales tendrían que fusionarse fluidamente con el músculo, y los científicos aún no habían determinado si esto era posible. Sorprendentemente, cuando el equipo reemplazó los nervios motores en el músculo de roedores por nervios sensoriales.
Las neuronas sensoriales no solo permitieron el uso de un controlador digital, sino que también ayudaron a mitigar la fatiga muscular, aumentando la resistencia a la fatiga en los músculos de roedores en un 260 % en comparación con los músculos nativos. Esto se debe a que la fatiga muscular depende en gran medida del diámetro de los axones, o proyecciones similares a cables que inervan los músculos. Los axones de las neuronas motoras varían mucho en tamaño, y cuando un nervio motor se estimula eléctricamente, los axones más grandes se activan primero, agotando rápidamente el músculo. Sin embargo, los axones sensoriales tienen casi el mismo tamaño, por lo que la señal se transmite de manera más uniforme a través de las fibras musculares, evitando la fatiga, explica Herrera-Arcos.
Diseño de un sistema biohíbrido
Combinaron todos estos elementos en un motor biohíbrido resistente a la fatiga llamado actuador mioneural (AMN). Al envolver el actuador alrededor de un intestino paralizado en un roedor, los investigadores restablecieron el movimiento de contracción del órgano. También lograron controlar con éxito los músculos de la pantorrilla de roedores en un experimento diseñado para imitar el músculo residual en amputaciones de miembros inferiores en humanos. Es importante destacar que el sistema AMN transmitió señales sensoriales al cerebro. Para llevar su MNA a la práctica clínica, se requerirán más pruebas en modelos animales de mayor tamaño y, finalmente, en humanos. Sin embargo, si supera las pruebas regulatorias, su sistema podría allanar el camino hacia la recuperación de órganos inactivos de forma más segura y eficaz. Según los investigadores, la implantación de MNA requeriría una cirugía que ya es habitual en la clínica, y su sistema podría ser más sencillo y seguro de implementar que los dispositivos mecánicos o los trasplantes de órganos que introducen material extraño en el cuerpo.
El equipo confía en que su nueva tecnología pueda mejorar la vida de millones de personas que padecen disfunciones orgánicas.
