Rehabilitación de lesiones medulares e ictus con grafeno y juegos

Los científicos buscan formas de tratar las lesiones medulares con implantes a base de grafeno, mientras que los juegos de RV podrían ayudar a la recuperación de los accidentes cerebrovasculares.

Los científicos buscan formas de tratar las lesiones medulares con implantes basados en el grafeno, mientras que los juegos de RV podrían ayudar a la recuperación del ictus.
Pocas lesiones humanas son tan catastróficas como las de la columna vertebral. Un accidente, una enfermedad o un acto de violencia que afecte a la columna vertebral puede provocar una mala función -incluso parálisis- en casi cualquier parte del cuerpo.

La columna vertebral es enormemente compleja, con una capacidad de regeneración limitada y las consecuencias para la salud suelen ser a largo plazo y crónicas.

Aunque no se sabe cómo reparar una lesión de la médula espinal, los científicos podrían estar a punto de lograr algunos avances importantes. Se están adoptando nuevos enfoques para revertir el daño nervioso, y algunos investigadores intentan remodelar la arquitectura de la médula espinal utilizando materiales diseñados en el laboratorio.

La profesora Paula Marques, científica de materiales de la Universidad de Aveiro (Portugal), y sus colegas intentan moldear un biomaterial concreto para crear un andamio que pueda sustituir al tejido espinal dañado. Así se creará un puente funcional sobre una zona lesionada que dará al cerebro una vía alternativa para comunicarse con el cuerpo.

La esperanza es que, en la próxima década, estos biomateriales den lugar a nuevos tratamientos radicales para las 250-500.000 personas que sufren una lesión medular en todo el mundo cada año.

Incluso una pequeña mejora en el tratamiento puede suponer un gran cambio en la calidad de vida», afirma el profesor Marques.

Regeneración nerviosa

Además, el implante del andamio favorecería la regeneración de las células nerviosas naturales, lo que permitiría al cuerpo reanudar su función natural sin ayuda.

El profesor Marques es el investigador principal del proyecto NeuroStimSpinal, un proyecto Pathfinder del EIC en el marco de Horizonte 2020 que se centra en un material a base de grafeno combinado con un material rico en proteínas derivado del ser humano conocido como «matriz extracelular descelularizada». En el cuerpo humano, una matriz extracelular proporciona la estructura y el soporte a las células vivas.

Esta mezcla de matriz y material a base de grafeno crea una estructura en 3D que imita hábilmente la morfología de la médula espinal nativa. Será la espina dorsal, por así decirlo, del implante del proyecto.

El grafeno (una lámina de átomos de carbono) presenta excelentes propiedades eléctricas, lo que significa que la corriente puede circular por él, un requisito previo para cualquier material que pueda emplearse para enviar impulsos eléctricos a lo largo de la médula espinal.

Y lo que es más importante, el andamio es poroso, lo que significa que las células y los fluidos espinales pueden pasar a través de él. También es biocompatible, lo que evita el rechazo del organismo, y biodegradable, lo que permite programarlo para que se degrade con el tiempo.

Restaurar la función

La profesora Marques califica su trabajo de «disruptivo» y afirma que el premio potencial de devolver la función a las personas con parálisis es enorme.

Veo una esperanza real», afirma. Lo único que me frustra es que no podamos avanzar más rápido en esta investigación, ya que las lesiones medulares tienen un gran impacto en la vida humana».

Hay dos tipos principales de células en el tejido nervioso: las neuronas, que transmiten impulsos eléctricos, y las células gliales, que no son conductoras y proporcionan un sistema de apoyo a las neuronas.

En experimentos de laboratorio, el equipo de NeuroStimSpinal -que incluye expertos en ciencia de los materiales, ingeniería electrónica, física y biología- ha descubierto que cuando su andamio se siembra con células progenitoras neuronales embrionarias (células que se renuevan y tienen el potencial de convertirse en células neuronales o gliales) y se aplica un estímulo eléctrico, las células madre «en blanco» se diferencian con éxito en una mezcla de los dos tipos de células.

Esto es muy alentador», dijo el profesor Marques. Demuestra que el andamio puede proporcionar un buen entorno para el rebrote de células nerviosas».

Su grupo es uno de los pocos en el mundo que ha conseguido que las células madre neurales se conviertan en nuevos linajes celulares en condiciones de laboratorio.

Sin embargo, hasta la fecha no se ha conseguido un éxito semejante en animales vivos. La profesora Marques quiere que su próxima ronda de experimentos dé un nuevo rumbo a la investigación de la SCI.

En los próximos meses, su equipo trasplantará versiones en miniatura de su andamio a ratas. Se aplicará una corriente eléctrica al implante a través de una unidad de control insertada bajo la piel de los animales para acelerar el crecimiento del tejido. Si estos experimentos demuestran que la regeneración de la médula espinal de los animales es posible con el andamio colocado, la profesora Marques solicitará nuevos fondos para llevar su trabajo al siguiente nivel.

Espero que podamos contribuir con nuestros conocimientos científicos a dar un paso adelante en la reparación de la médula espinal», afirma.

Apoplejía catastrófica

Un ictus es otro acontecimiento vital catastrófico que puede provocar daños en el sistema nervioso. Los accidentes cerebrovasculares, además de ser la segunda causa de muerte en todo el mundo, son la tercera causa de años de vida ajustados por discapacidad (AVAD), una métrica utilizada para evaluar la carga de la muerte y la enfermedad.

Los científicos aún no han encontrado la forma de sustituir las células cerebrales muertas que resultan de un coágulo que bloquea el flujo de sangre y oxígeno al cerebro, pero están empezando a explotar las últimas tecnologías -como los avances en realidad virtual (RV)- para ayudar a los pacientes a recuperarse de algunas de las consecuencias a largo plazo.

Tras un ictus, las manos pueden volverse rígidas debido a la interrupción de las conexiones entre el cerebro y los músculos de la mano. Esta «espasticidad» puede hacer difícil, casi imposible, enderezar los dedos o agarrar un objeto.

Estas deficiencias en las manos pueden afectar gravemente a la vida cotidiana», afirma el Dr. Joseph Galea, investigador de neurociencia motora de la Universidad de Birmingham (Reino Unido).

Aunque se ha prestado mucha atención a la mejora de los movimientos amplios del brazo después de un ictus, se ha trabajado poco en la mejora de la funcionalidad de la mano».

El Dr. Galea quiere mejorar la recuperación de los movimientos de la mano a través del proyecto ImpHandRehab. Este proyecto, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, pide a los pacientes que han sufrido un ictus que realicen tareas con movimientos de la mano cada vez más complejos, una forma de rehabilitación que, en última instancia, mejorará la destreza y la calidad de vida. Los usuarios realizan sus tareas con un casco de RV combinado con guantes de captura de movimiento asequibles y disponibles en el mercado.

¿Qué motiva a los usuarios a seguir con sus tareas?

La RV inmersiva

El juego, explica el Dr. Galea. Hemos desarrollado dos juegos de RV realmente inmersivos que recompensan a la gente por hacerlo cada vez mejor en algo como reventar un globo o controlar un submarino. Nos hemos dado cuenta de que cuantos más puntos o monedas estén en juego, más se esforzará la persona y mejor será su rendimiento.

Lo mejor de todo es que él y sus colegas han comprobado que, tras un juego prolongado, la mejora del rendimiento de las manos persiste incluso cuando se quitan los auriculares de RV.

Prevemos que nuestra solución pueda ser utilizada por los pacientes en su casa», afirma el Dr. Galea.

Sería un complemento de las técnicas tradicionales de rehabilitación».

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