La estimulación eléctrica y las neuroprótesis han mostrado enormes progresos para que las personas amputadas o con parálisis recuperen la movilidad. Ahora, un nuevo avance en la optogenética, una técnica revolucionaria que combina las ciencias ópticas y genómicas, está acercando aún más la posibilidad de que personas con parálisis o amputación de extremidades vuelvan a moverse con precisión.
¿Qué es la optogenética?
La optogenética consiste en editar genéticamente las células neuronales para que expresen proteínas sensibles a la luz, lo que permite controlar la actividad de esas células al exponerlas a la luz. Guillermo Herrera-Arcos, investigador mexicano en biomecatrónica del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), explica que esta técnica fue inventada hace una década en dicha universidad y ahora ha logrado un avance significativo, publicado en la revista Science Robotics.
El prestigioso investigador de biónica del MIT, Hugh Herr, coautor de este estudio, sufrió la amputación de sus dos piernas a los 17 años debido a un accidente mientras escalaba. Su experiencia personal lo ha motivado a avanzar en tecnologías que ayuden a personas con parálisis o amputaciones. Hasta ahora, la estimulación eléctrica y las neuroprótesis han permitido a tetrapléjicos recuperar el movimiento de sus manos y a pacientes de párkinson caminar de nuevo.
Limitaciones de la estimulación eléctrica
El problema principal de la electroestimulación de las neuronas para controlar los músculos del cuerpo es que tiende a activar todo el músculo a la vez. Este esfuerzo excesivo provoca que el control muscular se pierda por agotamiento, entre 5 y 10 minutos después de iniciar el movimiento. Para superar esta dificultad, los investigadores del MIT han sustituido los electrodos por tecnologías moleculares ópticas, utilizando la optogenética para controlar los músculos.
Los investigadores modificaron genéticamente ratones para que expresaran una proteína sensible a la luz llamada canalrodopsina-2. Implantaron una pequeña fuente de luz cerca del nervio principal de la tibia, que controla los músculos de la parte inferior de la pierna. A medida que aumentaba la pulsión luminosa, también lo hacía la fuerza del músculo. A diferencia de la estimulación eléctrica, que activa todo el músculo a la vez, el control optogenético produce una contracción muscular constante y gradual.
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La estimulación óptica permite controlar la fuerza del músculo de manera proporcional y casi lineal, similar a cómo el cerebro controla los músculos, logrando un control mayor que con la estimulación eléctrica. Además, los investigadores han creado un modelo matemático de control muscular optogenético que ajusta la estimulación luminosa para alcanzar la fuerza deseada. Este método ha logrado estimular los músculos durante más de una hora sin fatigarlos, mientras que la electroestimulación eléctrica solo alcanza los 15 minutos.
Aplicación en Humanos
En cuanto a la aplicación de este hallazgo en humanos, Herrera-Arcos explica que el paciente recibiría una inyección con una terapia genética para que sus células respondan a la luz y tendría un chip implantado en la zona a mover, estimulable a través de pulsos de luz. Mediante un móvil, reloj inteligente o dispositivo similar, la persona podría activar el nervio que conecta con el músculo deseado y moverlo con precisión.
El principal reto ahora es introducir proteínas fotosensibles en el tejido humano de manera segura, ya que en experimentos con ratas se observó que estas proteínas pueden desencadenar una respuesta inmunitaria que las inactiva, e incluso puede causar daño muscular y celular. Los investigadores trabajan en diseñar nuevas proteínas y estrategias que no desencadenen respuestas inmunitarias indeseadas.
Los hallazgos de este estudio tienen el potencial de beneficiar en el futuro a personas que han sufrido accidentes cerebrovasculares, amputaciones de extremidades y lesiones medulares, así como a aquellas con capacidades motoras mermadas.
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