Implantes cerebrales flexibles abren una nueva era en la recuperación de funciones perdidas

La posibilidad de restaurar funciones perdidas por lesiones neurológicas o enfermedades como la parálisis, el Parkinson o la pérdida sensorial se acerca a la realidad con una nueva generación de implantes cerebrales y dispositivos de bioelectrónica.

Según New Scientist, investigadores y empresas alrededor del mundo desarrollan dispositivos capaces de integrarse con el cuerpo humano, superando las limitaciones de los implantes tradicionales y facilitando tratamientos más duraderos y efectivos.

Durante décadas, los implantes electrónicos han ofrecido soluciones parciales para tratar la arritmia cardíaca, el Parkinson o la sordera, por medio de dispositivos como marcapasos, estimuladores cerebrales profundos e implantes cocleares.

Sin embargo, persiste un obstáculo significativo: la incompatibilidad de los materiales rígidos de los dispositivos con los tejidos blandos del cuerpo. Jia Liu, investigador de la Universidad de Harvard y fundador de Axoft, señala que la rigidez de los implantes puede provocar microlesiones en los tejidos, lo que, a su vez, activa una respuesta inmunológica que termina aislando o degradando el dispositivo.

Esta reacción limita la vida útil de los implantes; en los marcapasos puede alcanzar hasta 15 años, mientras que en los estimuladores cerebrales rara vez supera cinco años.

Para superar este desafío, varios equipos han optado por implantes flexibles y materiales blandos. Empresas como Neuralink, de Elon Musk, han desarrollado implantes cerebrales en forma de hilos ultrafinos, mientras que Precision Neuroscience utiliza polímeros suaves que se adaptan a la superficie cerebral.

El laboratorio de Liu ha avanzado aún más con un hilo de electrodos tan flexible que es casi invisible en agua, aunque lo suficientemente resistente para la implantación y los procesos de fabricación. Este dispositivo puede alojar hasta 100 veces más electrodos por hilo que los de Neuralink, aumentando de manera notable la capacidad de registro y transmisión de datos.

Axoft ha completado ensayos clínicos que demuestran la seguridad de estos implantes y su capacidad para registrar información neural, según New Scientist.

La innovación no depende únicamente de la flexibilidad. Rylie Green, del Imperial College London, se inspiró en la ciencia ficción para imaginar dispositivos que se adapten y crezcan con los tejidos. Su equipo ha creado una sonda con recubrimiento de hidrogel, semejante al tejido biológico, en la que se siembran neuronas vivas.

Estas células forman conexiones hacia el cerebro, permitiendo el control desde el electrodo del dispositivo. El objetivo es lograr implantes capaces de leer la actividad cerebral o estimular zonas profundas para tratar afecciones como la epilepsia o el Parkinson.

En la Universidad de Cambridge, George Malliaras ha fusionado la bioelectrónica con terapias celulares, recubriendo electrodos flexibles con células madre que se transforman en tejido muscular. En pruebas con ratas, el extremo cubierto de células se suturó a un nervio seccionado, permitiendo que las neuronas crecieran hacia el implante y restablecieran la comunicación eléctrica.

Este “puente biológico” registró señales nerviosas con una resolución superior a la de los electrodos convencionales. El equipo de Malliaras desarrolla ahora dispositivos para restaurar el movimiento en extremidades paralizadas y estima iniciar ensayos en humanos en un plazo de tres a cinco años, según New Scientist.

El potencial de los implantes biohíbridos abarca más que la integración física. Los investigadores han identificado que la estimulación eléctrica puede dirigir la diferenciación y el crecimiento de células madre, mimetizando señales ausentes en la etapa adulta. Malliaras anticipa una “bioelectrónica 2.0” en la que los implantes ayudarán a reconstruir redes neuronales dañadas y gestionarlas eléctricamente.

La estadounidense Science Corporation persigue una meta aún más ambiciosa: implantes cerebrales biohíbridos capaces de manejar volúmenes de datos muy superiores a los chips de silicio actuales. Su dispositivo experimental, formado por una estructura tipo panal sobre la superficie cerebral, contiene más de 100.000 compartimentos, cada uno con una neurona modificada para responder a la luz.

Incluye una fuente de luz y un electrodo por compartimento para registrar la actividad cerebral. En pruebas con roedores, ha conseguido enviar señales básicas al cerebro, y el objetivo a largo plazo es alcanzar millones de conexiones, con lo que el implante podría asumir funciones perdidas tras un accidente cerebrovascular o lesión.

Alan Mardinly, director de biología de Science Corporation, afirma en New Scientist que los dispositivos convencionales difícilmente superarán unas decenas de miles de conexiones, mientras que los biohíbridos podrían multiplicar esa cifra.

La experiencia de Ian Burkhart, que quedó paralizado tras un accidente en 2010 y recibió un implante cerebral experimental, evidencia los avances y límites actuales. El dispositivo le permitió recuperar el uso parcial de brazos y manos durante siete años, hasta que debió retirarlo.

Burkhart, activista y líder del grupo BCI Pioneers, resalta la importancia de convertir la innovación en soluciones prácticas y accesibles para los usuarios, y sostiene que la tecnología ha alcanzado un punto de inflexión al pasar de laboratorios a la vida cotidiana de personas como él.

En la Universidad de Pensilvania, Kacy Cullen explora una alternativa radical: crear “electrodos vivos” compuestos únicamente de células y andamios tisulares. Estos microtejidos neuronales, implantados en el cerebro, pueden proyectar axones que conectan regiones cerebrales o enlazan el cerebro con dispositivos externos, como prótesis o computadoras, sin provocar la respuesta inmunológica típica de los implantes metálicos.

Cada célula puede generar miles de conexiones, lo que ofrece una capacidad de control y comunicación mucho mayor que la de los electrodos tradicionales. Cullen plantea que estos dispositivos, en teoría, podrían amplificar la capacidad de procesamiento del cerebro y mejorar la memoria o el aprendizaje.

Por ahora, el esfuerzo de Cullen se orienta a aplicaciones concretas, como la reconstrucción del circuito nigroestriatal, afectado en el Parkinson y responsable de la producción de dopamina. Su equipo, junto a Flavia Vitale, desarrolla un biosensor capaz de medir la dopamina en tiempo real y ajustar la actividad del electrodo vivo.

Dimitris Boufidis, miembro del laboratorio, subraya que este método podría aplicarse en otras enfermedades neurológicas y psiquiátricas caracterizadas por la destrucción de circuitos cerebrales, permitiendo la reconstrucción de “puentes” entre diferentes áreas.

El grupo de Green, por su parte, desarrolla un andamio inyectable con células madre neuronales, guiadas por luz y electricidad para reparar circuitos dañados, estrategia que beneficiaría lesiones cerebrales traumáticas y daños en la médula espinal. Aunque reconoce que algunas enfermedades podrían volver a afectar las conexiones reparadas, considera que aporta tiempo y calidad de vida a las personas.

Burkhart es consciente de que la llegada de estas tecnologías a los pacientes llevará tiempo, pero mantiene la esperanza de que permitan que quienes han perdido funciones por una lesión o enfermedad recuperen su independencia y mejoren su vida, un avance de profundo impacto para individuos y sociedad.