Comienza a vislumbrarse el día en que existirán recambios para cada órgano y función del cuerpo. Serán prótesis; tejidos prácticamente naturales o gadgets electrónicos o robotizados; y en un futuro podremos reparar prácticamente cualquier parte del cuerpo, e incluso mejorarlas
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El pasado mes de febrero se presentaba en el Museo de la Ciencia de Londres Rex, el primer hombre completamente biónico, un artilugio con aspecto y rostro humano formado por órganos artificiales, sangre sintética, extremidades robóticas, retinas artificiales… El principal atractivo de Rex es que incorpora algunos de los últimos avances en tecnología protésica y en robótica y evidencia lo cerca que se está de reconstruir totalmente el cuerpo humano (a excepción del cerebro), pues algunas de sus partes ya han sido utilizadas en personas. Porque, para ser precisos, Rex tiene mucho de biónico pero nada de hombre, mientras que por la calle uno se cruza con humanos que sí tienen algo de biónicos: un marcapasos, un implante de estimulación cerebral profunda, un implante coclear, prótesis más o menos sofisticadas, lentes intraoculares, órtesis, implantes dentales o, por qué no, pechos de silicona. Son muchas las personas que han incorporado a su cuerpo algún mecanismo artificial para sustituir alguna función u órgano perdido o mejorarlos.
Y no son sólo la robótica y la protésica quienes hoy aportan recambios al cuerpo humano. Hay quien opina que los avances biónicos quedarán en breve aparcados por los logros de la medicina regenerativa y la ingeniería de tejidos, que prometen construir corazones, hígados, huesos y prácticamente cualquier órgano a partir de células del propio cuerpo.
“Hasta finales del siglo XX se buscaba reparar los órganos y tejidos humanos mediante su sustitución por un dispositivos mecánicos o eléctricos; ahora se busca que el organismo se autorregenere y repare”, explica el director del Institut de Bioenginyeria de Catalunya (Ibec), Josep A. Planell. No obstante, descarta que la biónica vaya a quedar arrinconada o no tenga futuro porque, en su opinión, son vías de reparación humana complementarias. “El marcapasos o el riñón artificial son muy útiles y puede que lo sigan siendo, porque la regeneración de tejidos no llegará a todo ni a todos, tanto por su coste como porque a partir de cierta edad no sabemos si las células de los pacientes serán capaces de regenerar”, ejemplifica.
“Hasta finales del siglo XX se buscaba reparar los órganos y tejidos humanos mediante su sustitución por un dispositivos mecánicos o eléctricos; ahora se busca que el organismo se autorregenere y repare”, explica el director del Institut de Bioenginyeria de Catalunya (Ibec), Josep A. Planell. No obstante, descarta que la biónica vaya a quedar arrinconada o no tenga futuro porque, en su opinión, son vías de reparación humana complementarias. “El marcapasos o el riñón artificial son muy útiles y puede que lo sigan siendo, porque la regeneración de tejidos no llegará a todo ni a todos, tanto por su coste como porque a partir de cierta edad no sabemos si las células de los pacientes serán capaces de regenerar”, ejemplifica.
José Luis Pons, investigador en bioingeniería del CSIC, explica que son muchos los equipos científicos, y de ámbitos muy diferentes, que trabajan en proyectos dirigidos a replicar el cuerpo humano y coincide en que resultan complementarios. “Desde la robótica, por ejemplo, se trabaja en reproducir modelos de todos los sentidos –oído, vista, tacto, gusto…–, o en reproducir los gestos con músculos artificiales; desde la protésica se intenta reproducir los movimientos de la persona y el funcionamiento del sistema nervioso central; y quienes trabajan con biomateriales desarrollan tejidos que pueden reproducir órganos, como, por ejemplo, orejas o piel para personas que se han quemado”, apunta. Pero hay más. Jordi Rumià responsable de neurocirugía funcional del hospital Clínic de Barcelona, explica cómo desde la ingeniería electrónica también se han desarrollado mecanismos capaces de corregir el mal funcionamiento de algunos circuitos cerebrales.
El resultado es que, por una u otra vía, las orejas creadas con una impresora 3D y luego recubiertas de tejido humano, los brazos robóticos que se mueven con el pensamiento, los implantes de cámaras de vídeo para recuperar parte de la visión o los exoesqueletos que permiten caminar a personas con lesión medular no son ya artilugios de ciencia ficción sino realidades tangibles.
Hay dispositivos, como los estimuladores cerebrales profundos –unos electrodos que se implantan en el cerebro y suministran impulsos eléctricos en determinadas zonas para, entre otros usos, corregir temblores o trastornos del movimiento–, que llevan 25 años empleándose. Otros, como el ojo biónico, acaban de ser autorizados por las autoridades sanitarias de Estados Unidos. Algunos, como las prótesis de brazos o piernas, están en constante evolución y conviven realidades muy avanzadas (aunque caras) que permiten teclear el ordenador o doblar los dedos a partir de impulsos musculares, con prototipos aún más sofisticados que hacen prever que en breve se comercializarán extremidades biónicas que no sólo se controlarán con los pensamientos sino que también permitirán sentir lo que se toca. Y no faltan los que todavía están en fase de prueba, como la regeneración de tejido miocardio o los páncreas artificiales para diabéticos, y los que por ahora sólo existen en los tubos de ensayo o en las hipótesis de trabajo de los investigadores, como la regeneración de la médula o lograr que un corazón totalmente descelularizado (sólo se deja la estructura de fibras) al que le siembran células madre vuelva a latir y sea capaz de mover todo el sistema circulatorio.
De todos modos, hoy por hoy la investigación sobre dispositivos capaces de regenerar o recuperar partes o funciones del cuerpo humano está tan segmentada que resulta difícil conseguir una imagen precisa y de conjunto de todos los recambios disponibles y realmente accesibles. No obstante, de la mano de especialistas en robótica, bioingeniería, biomécanica y medicina se puede hacer una aproximación al estado de la cuestión en algunos de estos ámbitos.
ROBÓTICA Y NEUROPRÓTESIS
El responsable de la unidad de biomécanica y ayudas técnicas del hospital nacional de Parapléjicos de Toledo, Ángel Gil Agudo, explica que ya existen en el mercado exoesqueletos robotizados que permiten ponerse de pie y caminar a las personas con lesión medular o cerebral. “Los dispositivos que se comercializan llevan unos motores en las articulaciones que impulsan el movimiento y exigen cargar con unas baterías que alimentan esos motores; pero a través del proyecto Hyper, que coordina el grupo de bioingeniería del CSIC y en el que colaboran nueve centros de investigación de toda España, se trabaja en otros dispositivos que logran el movimiento estimulando la musculatura del paciente con pequeñas descargas eléctricas”, resume. Los nuevos prototipos, que ya están probando algunas personas, tienen la ventaja de que se consigue un movimiento menos robotizado al caminar, que las descargas eléctricas tienen efectos terapéuticos y reducen la atrofia muscular, y que al disponer de dos fuentes de energía –motores y estímulos musculares– se reduce el tamaño y peso de las baterías.
Luis Montano, responsable del grupo de robótica, percepción y tiempo real del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón, subraya que en el ámbito de las órtesis (manos, piernas o exoesqueletos que se colocan encima o sustituyendo un miembro perdido) el reto actual consiste en controlar su movimientodesde el cerebro, en decodificar las señales neuronales, interpretarlas, y producir con ellas un efecto similar al que se produciría en un organismo sano. Ya hay prótesis que se mueven a partir de las órdenes cerebrales que la persona envía: en unos casos, gracias a unos electrodos implantados en su cerebro que recogen señales de las neuronas, interpretan qué movimiento se quiere hacer, y provocan la estimulación eléctrica; y, en otros, gracias a una técnica menos invasiva que toma las señales neuronales a nivel superficial o en la musculatura. “La técnica invasiva proporciona información más completa y permite hacer movimientos más complejos y precisos, mientras que si se toman las señales musculares se evita invadir el cerebro pero se recogen señales menos precisas, más difíciles de interpretar y convertir en un movimiento complejo o muy concreto”, apunta Montano. Gil explica que, en el caso de las personas con movilidad muy reducida, como los tetrapléjicos, la implantación de electrodos en el cerebro ya permite que manejen brazos robóticos externos capaces de coger un vaso y acercárselo a la boca. “De momento sólo son capaces de ejecutar órdenes sencillas para movimientos previamente preconfigurados, pero con la rapidez con que se avanza, no me sorprendería que en poco tiempo puedan detectar órdenes cambiantes”, augura.
Marisa Cabrera, responsable de la unidad de malformaciones congénitas del hospital infantil Sant Joan de Déu de Barcelona, lleva desde el 2008 colocando prótesis que se mueven con los impulsos nerviosos del propio organismo. “La persona piensa qué quiere hacer, transmite la orden de lo que quiere hacer a los nervios del muñón donde lleva acoplada la prótesis, y eso provoca unas contracciones musculares, una energía, que es recogida por un electrodo y condiciona que la mano protésica se mueva, abra o cierre los dedos”, detalla. Cabrera explica que desde el 2008, cuando se implantó la primera mano de este tipo, los avances en ingeniería han permitido mejorar la captación de información por parte de los electrodos y que la maquinaria sea más efectiva e, incluso, permita a la persona percibir sensaciones de los objetos que coge, como si es blando o duro.
“El gran reto con las manos biónicas estimuladas con señales cerebrales es lograr el proceso inverso: que los sensores colocados en la prótesis detecten información sobre textura, temperatura, etcétera, y la traduzcan en señales musculares y neuronales capaces de ser reconocidas por el cerebro”, comenta Luis Montano. Ya hay prototipos, y un equipo de investigadores de la Escola Politécnica de Lausana tiene previsto implantar a final de año una mano biónica con sensores en la palma de la mano, los dedos y la muñeca que facilita la ida y vuelta de los estímulos: se controla con las señales neuronales y permite que las señales sensoriales de tacto captadas en la mano lleguen hasta el cerebro.
ESTIMULADORES CEREBRALES
La estimulación cerebral es también el sistema utilizado para corregir problemas de funcionamiento de algunos circuitos cerebrales. “Los implantes de estimulación cerebral profunda consisten en unos electrodos que dan pequeñas descargas eléctricas muy reguladas para compensar mecanismos cerebrales descompensados o frenar circuitos que funcionan mal, y van acompañados de un generador de impulsos que se coloca debajo de la piel, en el pecho o en el abdomen”, explica el neurocirujano Jordi Rumià. El mecanismo no ha variado mucho en los 25 años que lleva utilizándose, pero sí la tecnología con la que se implantan los electrodos en el cerebro, las prestaciones de las baterías del generador y las indicaciones de uso, pues diferentes investigaciones han permitido comprobar que, cambiando la zona de estimulación, los implantes dan solución a diferentes enfermedades y daños cerebrales. A la aplicación inicial para frenar los temblores y la rigidez de movimiento de los pacientes de parkinson se han ido sumando otras, y ahora se utiliza para afectados por esclerosis múltiple, para niños con distonías, para la epilepsia, para trastornos psiquiátricos como el obsesivo-compulsivo o la depresión, y hay ensayos con casos de anorexia. José L. Pons, del CSIC, apunta que el implante de estimuladores también se está probando para que personas con lesiones medulares puedan recuperar el control de esfínteres, para dosificar medicamentos y reducir el dolor crónico.
La microelectrónica ofrece también otros dos repuestos importantes: los implantes cocleares que permiten oír a personas sordas, y el ojo biónico para quienes han perdido la visión debido a una enfermedad denominada retinitis pigmentosa. Pons explica que el esquema de funcionamiento de ambos es muy similar. En el caso del implante coclear, el micrófono del aparato que la persona lleva en la oreja capta los sonidos y los transforma en señales eléctricas que, a través de un dispositivo implantado en el cerebro, estimula el nervio auditivo y la persona decodifica e interpreta esos estímulos como sonidos. El ojo biónico que se ha aprobado en Estados Unidos es una prótesis en forma de gafas que incorpora una pequeña cámara de vídeo y un transmisor para captar imágenes y transformarlas en datos electrónicos que llegan a unos electrodos implantados en la retina del paciente, que así se estimula y produce imágenes. “De momento, la información que pasa a través del nervio óptico no permite ver con detalle y quienes lo han utilizado ven sombras y bultos”, detalla el investigador del CSIC.
RECREACIÓN Y REGENERACIÓN DE ÓRGANOS
La aportación de la bioingeniería al almacén de repuestos humanos no es menos importante: orejas, vejigas, tráqueas, huesos, cartílagos, piel artificial… El director del Ibec, Josep A. Planell, explica que, inicialmente, la técnica más utilizada era extraer células madre de la persona, convertirlas en el tejido que interesa regenerar y luego sembrarlas en un dispositivo o molde hecho de material biodegradable que se implanta en el cuerpo y que con el tiempo desaparece dejando sólo las células que se han producido. Un ejemplo serían las orejas fabricadas recientemente por bioingenieros de la Universidad de Cornell (Nueva York, Estados Unidos), a partir de la impresión en 3D de un molde al que primero le inyectan colágeno para darle soporte biológico y después células del cartílago que, en unos cuantos días, se van apropiando del órgano y lo dejan listo para implantar. Con técnicas similares también se han desarrollado e implantado con éxito tráqueas artificiales, y hay prototipos de vejigas y de otros órganos. Pero también hay investigadores que en lugar de moldes de polímeros biodegradables utilizan como estructura de los órganos artificiales tejidos humanos descelularizados. La estrategia consiste en extraer todas las células de un órgano de una persona muerta dejando sólo las fibras, la estructura de tejidos internos, que se repuebla con células del paciente hasta conseguir un órgano completo. Con esta técnica, Doris Taylor, de la Universidad de Minnesota, ha conseguido crear corazones artificiales de rata que logran latir. Planell explica que en el hospital Clínic de Barcelona hay un equipo de investigación que trabaja en descelularizar un pulmón y luego implantarle células madre con la aspiración de que se regenere el órgano. “Hay equipos de investigación en todo el mundo y múltiples estrategias; se investiga para la regeneración de córneas, de piel, de cartílago, de hueso, de venas y arterias, de nervios…; pero también para diferenciar células madre y convertirlas en células especialistas para diferentes aplicaciones o tejidos, y para conseguir que una célula especialista, por ejemplo, de piel, se convierta en célula progenitora gracias a un cóctel de genes”, resume el director del Ibec.
Y más allá de las pruebas de laboratorio, hay realidades tangibles. En Estados Unidos se comercializan parches de piel artificial obtenida de la piel que se desecha en las operaciones de fimosis y que sirve para regenerar úlceras de difícil curación. Y hace algún tiempo que se elabora cartílago artificial a partir de los salmones.
ÓRGANOS RECAMBIABLES
Estimulador cerebral El implante de electrodos en el cerebro para dar impulsos eléctricos controlados en diferentes circuitos cerebrales permite corregir problemas de movimiento, temblores y trastornos psiquiátricos. Se emplea en pacientes con parkinson, esclerosis múltiple, distonías, epilepsia, obsesiones, depresión, anorexia.
Oído Hace años que los implantes cocleares, mediante estimulación eléctrica del nervio auditivo, permiten oír a las personas sordas.
Oreja 3D Bioingenieros de EE.UU. han fabricado orejas a partir de moldes creados con una impresora 3D. Al molde le inyectan colágeno para darle soporte biológico y después le aplican células del cartílago de la persona. En unos días los componentes biológicos se apropian del órgano artificial y está listo para implantar.
Tráquea En el 2011 se trasplantó en el Instituto Karolinska de Suecia una tráquea artificial desarrollada sobre un modelo de plástico al que se le habían implantado células madres de la médula ósea del paciente. Y en el 2008, en el hospital Clínic de Barcelona se había implantado otra creada a partir de un trozo de tráquea de una persona fallecida que se descelularizó y se repobló con células madre y células epiteliales de la paciente.
HígadoHay pruebas de laboratorio para fabricar un hígado artificial a partir de células madre. Ya se ha implantado con éxito en ratas.
Vértebras Existen discos vertebrales artificiales que evitan tener que soldar las vértebras y perder movilidad cuando el disco natural está dañado.
Piel En Estados Unidos se comercializan parches de piel artificial obtenidos de piel que se desecha en las operaciones de fimosis y que se utilizan para regenerar piel enferma.
Vasos sanguíneos Se está experimentado con colágeno de salmón para fabricar venas y arterias.
Sangre Hay proyectos de investigación financiados por la Armada estadounidense encaminados a fabricar sangre artificial, un fluido que transporte el oxígeno por el organismo. La primera transfusión con sangre artificial fabricada a partir de la hemoglobina de vaca se hizo en Australia en el 2010.
Cartílago Se elabora cartílago artificial a partir del cartílago del salmón para después infiltrarlo en la rodilla humana porque consigue la regeneración
del cartílago del paciente en unos meses.
del cartílago del paciente en unos meses.
Brazo Hay brazos artificiales que permiten mover los dedos o doblar el codo con el pensamiento gracias a conexiones entre las terminaciones nerviosas del pecho y las conexiones del aparato. Para mover el brazo, la persona piensa en mover los pectorales y, cuando se activan esos músculos, estos envían una señal a los electrodos, que mueven la prótesis. Y hay brazos robóticos que pueden manejar personas tetrapléjicas gracias a unos electrodos implantados en el cerebro.
Mano Las prótesis de mano han evolucionado hasta lograr una apariencia y movimientos casi idénticos a la mano real: señalar con el índice, teclear el ordenador, coger objetos pequeños, realizar la pinza lateral para coger un asa, girar la muñeca para servir agua… En el mercado hay modelos que se mueven mediante impulsos eléctricos obtenidos de las contracciones musculares de la parte del brazo a la que se conectan y se espera implantar en breve otros con sensores en los dedos, la palma y la muñeca que permitirán percibir sensaciones de lo que se toca.
Exoesqueleto Los trajes biónicos o exoesqueletos son unas estructuras que permiten mantenerse en pie y caminar a personas con debilidad o parálisis en las extremidades inferiores, ya sea programando determinados movimientos o bien de forma automática cuando la persona se mueve hacia adelante y hacia atrás y cambia el peso lateralmente. Los actuales se mueven con motores en la zona de las articulaciones, pero se están probando prototipos movidos por impulsos eléctricos provocados por señales neuronales.
Huesos Se han hecho pruebas con unos cilindros de polímeros que replican un hueso y se implantan para servir de puente y estimular que el cuerpo reemplace la parte dañada con nuevas células óseas.
Piernas Las prótesis de las extremidades inferiores permiten repetir ciclos de movimiento para caminar, subir escaleras, pedalear. Las más avanzadas funcionan conectadas al sistema nervioso de la persona, y convierten los estímulos neuronales y musculares en señales eléctricas que mueven la prótesis.
Pies Hay pies artificiales (protésicos) diseñados para tareas específicas como bailar, nadar, ir en bicicleta, llevar tacones… y se fabrican en función de la edad y de las necesidades de cada persona. Y los hay que acumulan y liberan energía al andar, facilitando un cierto empuje que permite caminar mejor.
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