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Biotecnología

Un brazo protésico como los de verdad

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Gracias a un nuevo procedimiento quirúrgico, por primera vez todas aquellas personas con brazos amputados pueden controlar un miembro biónico de forma intuitiva.

  • por Michael Rosenwald | traducido por Francisco Reyes (Opinno)
  • 27 Abril, 2009

Tradicionalmente, aquellas personas que pierden un brazo no tienen demasiadas esperanzas de recuperar jamás un tipo de funcionalidad significativa. Hasta ahora, los brazos protésicos han sido tratados de forma rudimentaria, transformando los movimientos residuales del hombro o las señales de los músculos en los comandos de movimiento más simples. Estos brazos artificiales no pueden hacer dos cosas a la vez, y mucho menos aún tres o cuatro. Las personas amputadas a menudo los acaban tirando al fondo del armario, llenas de frustración, sintiéndose engañadas de alguna manera puesto  que los amputados de piernas tienen una mejor gama de productos a su disposición.

No obstante, esta situación está empezando a cambiar gracias a un equipo liderado por Todd Kuiken, director del Instituto de Rehabilitación del Centro de Medicina Biónica de Chicago. Kuiken ha desarrollado una nueva técnica quirúrgica que, al utilizarse en conjunto con unos brazos protésicos motorizados que ya se encuentran en el mercado y unos brazos biónicos experimentales desarrollados a través del programa de la Agencia de Defensa para Proyectos de Investigación Avanzada (DARPA, en inglés), permite que las personas amputadas disfruten un grado de destreza muy significativo. Claudia Mitchell, que perdió el brazo en un accidente de motocicleta en 2004, recuerda el momento en que se colocó la prótesis después de someterse al procedimiento de Kuiken y vió cómo funcionaba por primera vez: “No podía parar de sonreir. Ahora soy capaz de planchar una camisa como nadie.” Mitchell se ha convertido en la estrella de las fiestas. “La gente no se acaba de creer lo bien que funciona,” señala. “Todos quieren ver que haga cosas con él.”

El dispositivo se activa mediante comandos emitidos por nervios del brazo que han sobrevivido y que son transplantados y recableados hacia otros músculos distintos—normalmente, como en el caso de Mitchell, en el pecho. Los nervios envían señales eléctricas para controlar el brazo protésico, con unos resultados tan naturales que aquellos que lo ven no se dan cuenta de que es biónico hasta que se acercan y escuchan los motores. Este procedimiento, denominado reinervación muscular localizada, es único puesto que permite un control intuitivo del brazo robotizado. Después de seis meses de rehabilitación, los pacientes pueden mover el brazo simplemente pensando en lo que quieren hacer, al igual que hacían cuando tenían el brazo de verdad. Si se le dice a Mitchell “Dobla el brazo,” los músculos del pecho inmediatamente se estremecen--algo que resulta muy peculiar de observar. Sin embargo ella no está pensando en mover los músculos del pecho. En vez de eso, lo que está pensando en el doblar el brazo, y ese pensamiento mueve los músculos del pecho y hace que el brazo robótico realice el movimiento que a ella se le antoje.

Recientemente, Kuiken publicó resultados pruebas muy prometedores en el Journal of the American Medial Association, y demostró que cinco pacientes de un grupo controlado a los que se les pidió que hicieran 10 movimientos distintos con un brazo protésico virtual fueron capaces de hacer estos movimientos con la misma velocidad que aquellas personas no amputadas: su tiempo de respuesta fue menos de un cuarto de segundo más largo. (Las prótesis virtuales permiten a los científicos averiguar la velocidad y el nivel de control que se pueden deducir a partir de las señales de los músculos. Los investigadores llevaron a cabo experimentos similares con brazos mecánicos.) Gerald Loeb, ingeniero biomédico y considerado un pionero, escribió lo siguiente en esta misma publicación: “Tanto la velocidad como la precisión de los movimientos representan unas mejoras sustanciosas en comparación con otros sistemas anteriores. Sin embargo, y más importante aún, es la facilidad con la que los pacientes aprendieron a llevar a cabo las tareas que requerían un movimiento coordinado de más de una articulación.” Y concluyó diciendo, “Con este incremento de las capacidades funcionales, los pacientes con amputaciones en las extremidades superiores podrán beneficiarse de una ventajas excepcionales gracias a estos brazos protésicos, al igual que legiones de pacientes con amputaciones de sus extremidades inferiores llevan unas vidas significativamente normales e incluso se dedican al atletismo.” (Las prótesis de piernas se han desarrollado mucho más hasta ahora porque su mercado es más amplio: el 90 por ciento de los amputados han perdido sus extremidades inferiores. Por otro lado, las piernas no requieren tanta destreza como los brazos.)

El camino recorrido desde la consulta inicial en Chicago hasta la funcionalidad total—la capacidad de cortar un limón con la mano postiza mientras se sujeta con la mano natural—a menudo lleva un año o más. En primer lugar los pacientes se someten a un proceso quirúrgico de dos horas, llevado a cabo por el doctor Greg Dumanian, un cirujano plástico y de manos en Chicago que ha trabajado junto a Kuiken en el desarrollo del procedimiento. Dumanian identifica la porción de los nervios que ha sobrevivido y que anteriormente enviaba las señales eléctricas desde la espina dorsal hasta la extremidad que ahora falta; después las transfiere hasta unos músculos en el pecho o en la parte superior del brazo. Por ejemplo, el nervio que normalmente haría que la mano se cerrase puede que sea transferido a una parte del músculo del pecho. (El procedimiento exacto varía según las lesiones del paciente.) Una vez se coloca el brazo robótico, un electrodo en el pecho detecta las contracciones en este músculo y envía las señales a la prótesis. La prótesis está programada para interpretar esa señal como una orden para cerrar la mano, y la acción normalmente tiene lugar en menos de medio segundo después de que el músculo del pecho se haya movido.

Estos brazos biónicos experimentales también están programados con unos algoritmos de reconocimiento de patrones para descifrar las series rápidas de señales nerviosas que gobiernan los movimientos de la mano y la muñeca. Los más de 30 pacientes que se sometieron a la operación informaron de que pueden cortar pimientos con facilidad, abrir bolsas de harina, ponerse un cinturón, usar una cinta métrica, o sacar una pelota de tenis nueva de un contenedor.

De entre los distintos métodos experimentales para mejorar los brazos protésicos, incluyendo la transferencia de nervios directamente a la prótesis y la decodificación de las señales de movimiento directamente a partir del cerebro, la técnica de Kuiken en la que más ha progresado. La primera aún tiene que probarse en humanos, y la última está considerada como muy peligrosa para la mayoría de los pacientes en la actualidad, puesto que requiere cirugía en el cerebro. Kuiken cree que la reinervación muscular localizada es una forma más rápida y práctica de restaurar las funciones más cruciales. (No obstante, su método no resulta de ayuda para los cuadrapléjicos, porque es necesario que los nervios estén intactos para que funcione el procedimiento.) Hasta ahora, el procedimiento sólo se lleva a cabo en el centro de rehabilitación de Kuiken; como parte de una continuada serie de estudios, el centro lo ofredce a cualquier paciente para el que crean que es apropiado a nivel médico.

A pesar de lo avanzadas que resultan, a este tipo de prótesis aún les falta una función principal: el tacto. Si Mitchell colocara su mano biónica en una sartén ardiendo, no tendría forma de saber a qué temperatura está. Darle a la prótesis un tipo de capacidad sensorial similar a la de un brazo real es más difícil que hacer que recupere el movimiento. Pero no es imposible. Mientras que el método de Kuiken se centra en mover los nervios motores, que llevan señales desde el cerebro a los músculos, parece ser que los nervios sensitivos, que llevan las señales desde la piel al cerebro, también se ven afectados. Los pacientes, incluyendo a Mitchell, han informado de que cuando algunas áreas de los músculos recableados del pecho se tocan, sienten como si la mano que les falta también estuviera siendo tocada. Al poner un cubo de hielo en el pecho, la mano fantasma también se enfría.

Kuiken, Loeb y otros están estudiando la forma en que el brazo biónico podría hacer uso de esta información sensorial. Para empezar, necesitarán sensores que resistan bien la humedad, el calor y las otras eventualidades físicas del día a día. Después tendrán que hacer que esa información sensorial llegue a la persona que lleva puesta la prótesis.

No obstante, lo que está claro ahora es que por primera vez estamos ante un brazo protésico útil. “No estamos intentando crear una persona biónica que sea capaz de saltar altos edificios o levantar coches,” señala Kuiken. “Estamos intentando crear algo que permita restaurar una fracción de la increíble funcionalidad, potencia y eficiencia de un miembro humano.” Para aquellas personas con brazos amputados como Claudia Mitchell, significa el mismo tipo de oportunidad que los amputados de piernas llevan disfrutando desde hace ya años.

Michael Rosenwald escribe en la redacción del Washington Post.

Biotecnología

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