InicioTecnologíaEl dispositivo 'biohíbrido' podría restaurar la función en extremidades paralizadas

El dispositivo ‘biohíbrido’ podría restaurar la función en extremidades paralizadas

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Los investigadores han desarrollado un nuevo tipo de implante neural que podría restaurar la función de las extremidades de los amputados y otras personas que han perdido el uso de sus brazos o piernas.

En un estudio con ratas, investigadores de la Universidad de Cambridge utilizaron el dispositivo para mejorar la conexión entre el cerebro y las extremidades paralizadas. El dispositivo combina electrónica flexible y células madre humanas, las células maestras ‘reprogramables’ del cuerpo, para integrarse mejor con el nervio y la función de las extremidades impulsoras.

press 1 750x750 1 El dispositivo 'biohíbrido' podría restaurar la función en extremidades paralizadas

Los intentos anteriores de usar implantes neurales 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 con el cuerpo del huésped y se previno la formación de tejido cicatricial. Las células sobrevivieron en el electrodo durante la duración del experimento de 28 días, la primera vez que esto se ha monitoreado durante un período tan largo.

Los investigadores dicen que por combinando dos terapias avanzadas para la regeneración nerviosa – terapia celular y bioelectrónica – en un solo dispositivo, pueden superar las deficiencias de ambos enfoques, mejorando la funcionalidad y la sensibilidad.

Si bien se necesitarán extensas investigaciones y pruebas antes de que pueda usarse en humanos, el dispositivo es un desarrollo prometedor para amputados o aquellos que han perdido la función de una extremidad o extremidades. El resultados se informan en el diario Avances de la ciencia.

Un gran desafío cuando se intenta revertir lesiones que resultan en la pérdida de una extremidad o la pérdida de la función de una extremidad es la incapacidad de las neuronas para regenerar y reconstruir circuitos neuronales interrumpidos.

“Si a alguien le amputan un brazo o una pierna, por ejemplo, todas las señales en el sistema nervioso siguen ahí, aunque la extremidad física ya no esté”, dijo. Dr. Damián Barone del Departamento de Neurociencias Clínicas de Cambridge, quien codirigió la investigación. “El desafío de integrar miembros artificiales o restaurar la función de brazos o piernas es extraer la información del nervio y llevarla a la extremidad para que se restablezca la función”.

Una forma de abordar este problema es implantar un nervio en los músculos grandes del hombro y colocarle electrodos. El problema con este enfoque es que se forma tejido cicatricial alrededor del electrodo, además de que solo es posible extraer información a nivel de la superficie 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 en la escala de una sola fibra nerviosa o axón.

“Un axón en sí mismo tiene un voltaje diminuto”, dijo Barone. “Pero una vez que se conecta con una célula muscular, que tiene un voltaje mucho más alto, 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 que es lo suficientemente delgado como para unirse al extremo de un nervio. Luego se colocó una capa de células madre, reprogramadas en células musculares, sobre el electrodo. Esta es la primera vez que este tipo de célula madre, llamada célula madre pluripotente inducida, se utiliza en un organismo vivo de esta manera.

“Estas células nos dan un enorme grado de control”, dijo Barone. “Podemos decirles cómo comportarse y controlarlos durante todo el experimento. Al colocar células entre la electrónica y el cuerpo vivo, el cuerpo no ve los electrodos, solo ve las células, por lo que no se genera tejido cicatricial”.

El dispositivo biohíbrido de Cambridge 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. Si bien las ratas no recuperaron el movimiento en sus antebrazos, el dispositivo pudo captar las señales del cerebro que controlan el movimiento. Si se conecta al resto del nervio o a una prótesis, el dispositivo podría ayudar a restaurar el movimiento.

La capa de células también mejoró la función del dispositivo, mejorando la resolución y permitiendo el seguimiento a largo plazo dentro de un organismo vivo. Las células sobrevivieron a través del experimento de 28 días: la primera vez que se ha demostrado que las células sobreviven a un experimento prolongado de este tipo.

Los investigadores dicen que su enfoque ha 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 suficientemente pequeño como para que su implantación solo requiera una cirugía mínimamente invasiva. Otras tecnologías de interfaz neuronal para la restauración de la función en amputados requieren interpretaciones complejas específicas del paciente de la actividad cortical para asociarlas con los movimientos musculares, mientras que el dispositivo desarrollado por Cambridge es una solución altamente escalable ya que utiliza células ‘listas para usar’.

Además de su potencial para la restauración de la función en personas que han perdido el uso de una o más extremidades, los investigadores dicen que su dispositivo también podría usarse para controlar prótesis al interactuar con axones específicos responsables del control motor.

“Esta interfaz podría revolucionar la forma en que interactuamos con la tecnología”, dijo la coautora Amy Rochford, del Departamento de Ingeniería. “Al combinar células humanas vivas con materiales bioelectrónicos, hemos creado un sistema que puede comunicarse con el cerebro de una manera más natural e intuitiva, abriendo nuevas posibilidades para prótesis, interfaces cerebro-máquina e incluso mejorando las capacidades cognitivas”.

«Esta tecnología representa un nuevo y emocionante enfoque para los implantes neurales, que esperamos desbloquee nuevos tratamientos para los pacientes que lo necesitan», dijo el coautor principal, el Dr. Alejandro Carnicer-Lombarte, también del Departamento de Ingeniería.

«Este fue un esfuerzo de alto riesgo, y estoy muy contento de que haya funcionado», dijo Profesor George Malliaras del Departamento de Ingeniería de Cambridge, quien codirigió la investigación. “Es una de esas cosas que no sabes si tomará dos o diez años antes de que funcione, y terminó sucediendo de manera muy eficiente”.

Los investigadores ahora están trabajando para optimizar aún más los dispositivos y mejorar su escalabilidad. El equipo ha presentado una solicitud de patente con el apoyo de Empresa de Cambridgeel brazo de transferencia de tecnología de la Universidad, que también apoya la comercialización de la tecnología.

La tecnología se basa en células musculares habilitadas para opti-oxTM. opti-ox es una tecnología de reprogramación celular de precisión que permite una ejecución fiel de los programas genéticos en las células, lo que les permite fabricarse de manera uniforme a escala. Las líneas de células iPSC musculares habilitadas para 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 una empresa de biología sintética bit.bio.

Fuente: Universidad de Cambridge


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