Lograr que personas que sufren parálisis o amputación en sus extremidades puedan volver a moverse con precisión está hoy más cerca gracias a un nuevo avance de la optogenética, una técnica revolucionaria que combina las ciencias ópticas y genómicas.

“La optogenética consiste en editar genéticamente las células neuronales para que expresen proteínas sensibles a la luz, lo que permite controlar la actividad de esas células al exponerlas a la luz”, explica el investigador mexicano Guillermo Herrera-Arcos, investigador en biomecatrónica del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, en inglés), la universidad donde se inventó esta técnica hace una década, y de donde sale este nuevo avance que recoge la revista Science Robotics.

El propio coautor de este estudio, el prestigioso investigador de biónica del MIT, Hugh Herr, sufrió la amputación de sus dos piernas a los 17 años debido a un accidente mientras escalaba.

Supera barreras

Hasta ahora, la estimulación eléctrica y las neuroprótesis tienen en su haber enormes progresos para que las personas amputadas o con parálisis recuperen la movilidad. Entre otros, se ha conocido la semana pasada que 43 tetraplégicos volvían a mover las manos, y, hace unos meses, se vio como un enfermo de Parkinson desde hace 25 años volvía a caminar gracias a esa técnica.

“El problema de la electroestimulación de las neuronas para controlar los músculos del cuerpo es que tiende a activar todo el músculo a la vez y al requerir demasiado esfuerzo, el control muscular se acaba perdiendo por agotamiento, entre 5 y 10 minutos después de haber iniciado el movimiento”, apunta Herrera-Arcos.

Para superar esa dificultad, los investigadores del MIT han sustituido los electrodos por tecnologías moleculares ópticas con el fin de controlar los músculos mediante optogenética.

Para ello, recurrieron a ratones modificados genéticamente con una proteína sensible a la luz (canalrodopsina-2) y les implantaron una pequeña fuente de luz cerca del nervio principal de la tibia, que controla los músculos de la parte inferior de la pierna.

El resultado fue que a medida que aumentaba la pulsión luminosa se incrementaba también la fuerza del músculo.

A diferencia de la estimulación eléctrica, que activa todo el músculo a la vez, el control optogenético produce un aumento constante y gradual de la contracción del músculo.

“A medida que cambiamos la estimulación óptica que suministramos al nervio podemos controlar proporcionalmente, de forma casi lineal, la fuerza del músculo. El proceso es similar a la manera en la que nuestro cerebro mueve los músculos, de ahí que el control sea mayor que con la estimulación eléctrica”, agrega.

Partiendo de sus experimentos, los investigadores han creado un modelo matemático de control muscular optogenético que ajusta la estimulación luminosa del músculo para alcanzar la fuerza deseada en este.

Gracias a él han conseguido estimular los músculos durante más de una hora sin cansarlos, algo que la electroestimulación eléctrica solo ha conseguido durante 15 minutos.

Aplicación a las personas

Preguntado por cómo se aplicaría este hallazgo en personas en un futuro, Herrera-Arcos cuenta que, “el paciente recibiría una inyección con una terapia genética, en la que iría el gen responsable de que las células respondan a la luz, y tendría implantado en la zona a mover un chip estimulable a través de pulsos de luz”.

La idea, agrega, es que mediante un móvil, reloj inteligente o similar, una persona pueda activar mediante pulsos de luz el nervio que conecta con el músculo que quiere ejercitar y lo pueda mover con gran precisión.

El reto ahora es “introducir proteínas fotosensibles en el tejido humano de forma segura”, subraya el investigador, ya que hace años vieron, en experimentos con ratas, que estas proteínas sensibles a la luz pueden desencadenar una respuesta inmunitaria que las inactiva e incluso puede conllevar un daño muscular y celular.

“Nuestro objetivo es diseñar nuevas proteínas sensibles a la luz y estrategias para entrenarlas sin que desencadenen una respuesta inmunitaria indeseada”, concluye.

Los investigadores están convencidos de que sus hallazgos beneficiarán en el futuro a personas que han sufrido accidentes cerebrovasculares, amputación de extremidades y lesiones medulares, así como a otras que tienen mermada la capacidad de controlar sus extremidades.