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Cierta Ciencia

En Cierta Ciencia, de la mano de la genetista Josefina Cano nos acercamos, cada quince días, al trabajo de muchos investigadores que están poniendo todo su empeño en desenredar la madeja de esa complejidad que nos ha convertido en los únicos animales que pueden y deben manejar a la naturaleza para beneficio mutuo. Hablamos de historias de la biología.

Beneficios de la Medicina Bioelectrónica

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Uno de los primeros ejemplos de lo que será en un futuro próximo un nuevo campo de la medicina, la medicina bioelectrónica, viene en la forma de un muy pequeño aparato diseñado por investigadores de la Universidad Northwestern y de la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington.

Se trata de un minúsculo dispositivo que es implantable, inalámbrico y lo más importante, biodegradable. Servirá para acelerar la regeneración y la curación de nervios dañados. Funciona enviando pulsos eléctricos a los nervios que han sido sometidos a procesos quirúrgicos para su curación. El resultado es que se acelera el crecimiento de los nervios, la recuperación de la fuerza muscular y su capacidad de controlar los movimientos.

El equipo de investigadores lo formaron ingenieros, científicos de materiales y neurocirujanos de las dos instituciones. El aparato mide menos de un centímetro, es tan delgado como una hoja de papel y funciona durante un par de semanas antes de ser absorbido por el cuerpo.

Los científicos tienen en mente que estas tecnologías, por ahora transitorias, puedan algún día complementar, o mejor aún, reemplazar tratamientos basados en medicamentos para el tratamiento de una cantidad enorme de dolencias en humanos. Este tipo de tecnología, la medicina electrónica, provee terapias y tratamientos en el sitio donde son necesarios, reduciendo los efectos secundarios o los riesgos asociados a los implantes convencionales que son permanentes.

“Estos sistemas que resultan de una refinada ingeniería, permiten la fabricación de aparatos con una función activa, terapéutica y programable, enviando impulsos eléctricos dosificados, y que luego, de forma natural desaparecen en el cuerpo sin dejar rastro alguno”, dice John A. Rogers, un pionero en tecnologías biointegradas y coautor del estudio. “Esta nueva terapia nos permite pensar en opciones que van más allá de los medicamentos y la química”.

Rogers es profesor de Ingeniería y Ciencia de Materiales, además de Ingeniería Biomédica y Cirugía Neurológica en la Universidad Northwestern.

Aunque el aparato no ha sido probado en humanos, los hallazgos son promisorios como una alternativa futura para pacientes con daños en sus nervios. Para aquellos casos que requieren cirugía, la práctica estándar es administrar alguna estimulación eléctrica durante el procedimiento para ayudar en la recuperación. Pero hasta ahora, los cirujanos no tenían la posibilidad de continuar ayudando en sus diferentes momentos.

“Sabemos que la estimulación eléctrica durante la cirugía ayuda, pero una vez esta ha finalizado, la ventana para intervenir se cierra. Con este aparato, hemos mostrado que la estimulación eléctrica administrada con base en un horario programado, aumenta la recuperación nerviosa”, dice Wilson Ray, profesor de Neurocirugía, Ingeniería Biomédica y Cirugía Ortopédica de la Universidad de Washington y miembro del equipo.

Durante ocho años, Rogers y los investigadores de su laboratorio han desarrollado una colección completa de materiales eléctricos, diseños de aparatos y técnicas de fabricación de pequeñas máquinas biodegradables, con un amplio rango de opciones que tienen el potencial de cubrir necesidades médicas que no se hayan resuelto. Así, cuando Ray y sus colaboradores vieron la necesidad y la importancia de las terapias basadas en la estimulación eléctrica, Rogers y su equipo tomaron su caja de herramientas y se pusieron a trabajar.

Diseñaron y fabricaron ese aparato delgado, flexible que envuelve a un nervio herido y que le envía impulsos eléctricos en tiempos programados durante los días que lleva la recuperación. Se alimenta y controla por un transmisor inalámbrico que se coloca fuera del cuerpo, muy parecido a una base de recarga de un teléfono celular.

Los investigadores de la Universidad de Washington estudiaron el funcionamiento del aparato bioelectrónico en ratones con daños en los nervios ciáticos. El nervio ciático envía señales arriba y abajo de las piernas y controla la tensión de los tendones y los músculos de la parte inferior de las piernas y los pies. Usaron el aparato para suministrar a los ratones una hora diaria de estimulación eléctrica, durante tres, seis o ningún día, y monitorear la recuperación durante diez semanas.

Encontraron que mientras más estimulación eléctrica se recibía, más rápida y mejor la recuperación en la señalización nerviosa y la fuerza muscular. No se encontraron efectos biológicos adversos del aparato o de su reabsorción.

“Antes de realizar este estudio, no estábamos seguros de que mientras más larga fuera la estimulación, mejores los resultados. Ahora que lo sabemos podemos empezar a tratar de encontrar el rango de tiempo ideal que optimice al máximo la recuperación. ¿Si hubiéramos suministrado estimulación eléctrica durante doce días en lugar de seis hubiéramos logrado mayores beneficios terapéuticos? Tal vez. Estamos centrados en eso ahora”, dice Ray.

Haciéndole variaciones a la composición y el grosor de los materiales del aparato, Rogers y sus colegas pueden controlar el número preciso de días durante los que él se mantiene funcional antes de ser degradado por el cuerpo. La habilidad del aparato para desaparecer es el equivalente a la segunda cirugía que se requiere para remover un aparato no biodegradable, con los consecuentes beneficios para el paciente.

“Diseñamos el aparato para que desaparezca. Esta idea de aparatos electrónicos transitorios, de vida breve, ha sido un asunto de muchísimo interés en mi grupo durante casi diez años: una gran búsqueda en la ciencia de materiales, en esencia. Estamos entusiasmados porque ahora tenemos las piezas, los materiales, los aparatos, la forma de hacerlos, los conceptos de la ingeniería, que nos permitirán explotar todo el conjunto para responder a los grandes desafíos de la salud humana”, dice Rogers.

Este estudio permitió demostrar que el aparato también puede trabajar como un marcapasos temporal y como una interfase entre la espina dorsal y otros sitios de estimulación en todo el cuerpo. Se desprende entonces, una utilidad amplia bien más allá de tan sólo el sistema nervioso periférico.

Y la Covid-19

La rápida detección de las personas infectadas con el virus de la Covid-19 es esencial para frenar la expansión de la pandemia. Pero el cómo hacerlo presenta dificultades pues si solo se usan los datos informados por los sospechosos o en el caso de hacer las pruebas de laboratorio, existe un rango de incertidumbre venido de falsos positivos en el segundo caso o de la subjetividad individual en el primero.

Los estudios clínicos que están andando en el campo de la medicina bioelectrónica, uno de ellos dirigido por Rogers, están abriendo la puerta a los grandes beneficios del uso de tecnologías que miden los parámetros relacionados directamente con la infección con una precisión clínica.

Es el caso de una bandita inalámbrica que se instala en la base del cuello ¬—tan flexible que ni se siente—, dotada de sensores que se integran en la piel y que transmiten de forma continua, objetiva, los síntomas de la infección. Por su localización pueden medir la intensidad de la tos, los niveles de oxígeno en la sangre, la fiebre, signos que serán interpretados con el uso de los algoritmos apropiados, y que llevarán a tomar las medidas necesarias. Permitirán reconocer la urgencia o no de intensificar los cuidados y permitirán establecer mejores curvas de recuperación.

Este pequeño “aparato”, se estará desarrollando en paralelo con la búsqueda de medicamentos y vacunas efectivas, para prevenir y tratar la pandemia. Se estudia la necesidad de hacerlo accesible para el personal de salud y por supuesto para todo el mundo.

Referencias:

Jahyun Koo, Matthew R. MacEwan, Seung-Kyun Kang, et al. Wireless bioresorbable electronic system enables sustained nonpharmacological neuroregenerative therapy. Nature Medicine, 2019

Hyoyoung Jeong, A. Rogers and Shuai Xu. Continuous on-body sensing for the COVID-19 pandemic: Gaps and opportunities. Science Advances 02 Sep 2020

Obras de Josefina Cano:

Viaje al centro del cerebro. Historias para jóvenes de todas las edades (Amazon)

En Colombia en la Librería Panamericana y en Bogotá en la Librería Nacional

Viaje al centro del cerebro. Historias para jóvenes de todas las edades. (Planeta)


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