Las neuroprótesis han ofrecido esperanza a muchas personas con amputaciones o parálisis, permitiéndoles recuperar la funcionalidad de sus extremidades mediante la estimulación artificial de los músculos. Tradicionalmente, esta estimulación se ha realizado utilizando corriente eléctrica, pero a pesar de los avances significativos en la investigación, las limitaciones como el rápido cansancio muscular y el control deficiente han impedido su adopción masiva. Sin embargo, un equipo de investigadores del MIT, liderado por el profesor Hugh Herr, está explorando un enfoque revolucionario que podría superar estos obstáculos utilizando la optogenética, una técnica que emplea luz para controlar la actividad muscular.
La optogenética es un método que implica la ingeniería genética de células para expresar proteínas sensibles a la luz. Estas proteínas permiten a los investigadores controlar la actividad de las células simplemente exponiéndolas a la luz. Aunque esta técnica se ha utilizado principalmente en investigaciones neurológicas y cerebrales, su aplicación en el campo de la neuroprótesis está abriendo nuevas posibilidades para el manejo de desórdenes motrices.
En un estudio reciente publicado en Science Robotics, el equipo del MIT demostró que el control optogenético de los músculos en modelos animales (ratones) resulta en un control más preciso y con mucho menos cansancio comparado con la estimulación eléctrica tradicional.
“Resulta que al usar la luz, a través de la optogenética, se puede controlar el músculo de forma más natural. En términos de aplicación clínica, este tipo de interfaz podría tener una utilidad muy amplia”, explica el profesor Hugh Herr.
En el estudio, los ratones fueron genéticamente modificados para expresar una proteína sensible a la luz llamada canalrodopsina-2. Al implantar una pequeña fuente de luz cerca del nervio tibial, que controla los músculos de la pierna inferior, los investigadores pudieron regular la fuerza muscular con mucha más precisión.
Los investigadores midieron la fuerza muscular a medida que aumentaban gradualmente la cantidad de estimulación de la luz, y encontraron que, a diferencia de la estimulación eléctrica, el control optogenético produjo un aumento constante y gradual de la contracción del músculo.
“A medida que cambiamos la estimulación óptica que entregamos al nervio, podemos controlar proporcionalmente, de una manera casi lineal, la fuerza del músculo. Esto es similar a la forma en que las señales de nuestro cerebro controlan nuestros músculos. Debido a esto, se vuelve más fácil controlar el músculo en comparación con la estimulación eléctrica”, detalla el también autor principal del paper, Guillermo Herrera-Arcos.
Por tanto, una de las principales ventajas observadas en el estudio fue la capacidad de aumentar la fuerza muscular de manera gradual y proporcional a la intensidad de la luz aplicada. Esta característica no solo mejora la precisión del control muscular, sino que también reduce significativamente la fatiga muscular. En comparación, los músculos estimulados eléctricamente se cansaban después de solo 15 minutos, mientras que los músculos controlados optogenéticamente podían funcionar más de una hora sin signos significativos de fatiga.
A pesar de los resultados prometedores, la aplicación de la optogenética en humanos aún enfrenta desafíos significativos. Uno de los mayores obstáculos es la entrega segura y efectiva de las proteínas sensibles a la luz en tejidos humanos. Investigaciones previas han mostrado que estas proteínas pueden desencadenar respuestas inmunitarias que no solo inactivan las proteínas, sino que también podrían conducir a la atrofia muscular y la muerte celular. El laboratorio de Herr está trabajando activamente en el diseño de nuevas proteínas y estrategias de entrega que eviten estas respuestas inmunitarias.
El desarrollo de neuroprótesis controladas por optogenética representa un avance significativo en la tecnología de asistencia a personas con discapacidades motoras. Este enfoque no solo promete mejorar la calidad de vida de los pacientes, sino que también podría revolucionar el campo de la medicina rehabilitativa y la ingeniería biomédica. A medida que este campo evoluciona, seguirá ofreciendo nuevas esperanzas y posibilidades para aquellos que buscan recuperar la funcionalidad y la autonomía en sus vidas.
Puede acceder al paper de la investigación a través del siguiente enlace:
https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adi8995
Créditos de imágenes: Steph Stevens
