Un grupo de investigación de la Universidad de La Laguna ha desarrollado un nuevo implante óptico intraóseo para medir la actividad cerebral, en el marco de un proyecto denominado ODIN. Su primer prototipo ya ha sido implantado recientemente con éxito en el Hospital Dr. Negrín de Las Palmas de Gran Canaria en un modelo animal -un cerdo- dada su similitud con el cerebro humano. Este dispositivo permite enviar y recibir señales del cerebro de forma menos invasiva con la finalidad de contribuir, en un futuro, al tratamiento de diversas patologías como pueden ser, entre otras, el Parkinson.
La responsable del diseño del dispositivo ha sido Estefanía Hernández Martín, investigadora distinguida con el programa María Zambrano que se ha incorporado recientemente a la institución académica tinerfeña tras haber dirigido equipos multidisciplinares en ingeniería y neurología en la Universidad y Hospital de California. El equipo del Hospital Dr. Negrín responsable de la compleja neurocirugía ha estado compuesto por los doctores Jesús Morera Molina, Sara Bisshopp y Brian Melchiorsen, junto al doctor José Luis Martín Barrasa, veterinario anestesista y responsable del área de experimentación y bienestar animal de la unidad de investigación del centro hospitalario.
La cirugía ha utilizado un robot quirúrgico para guiar la trayectoria de implantación tanto de los electrodos profundos como del prototipo de implante intraóseo desarrollado por el equipo de investigación de la Universidad de La Laguna. Dicho robot, así como otros materiales quirúrgicos, han sido proporcionados por la multinacional Medtronic España. Una parte muy relevante del proyecto también ha implicado a Alejandro Artiles y su equipo en el Hospital Veterinario Los Tarahales en Las Palmas de Gran Canaria, por su la adquisición de las imágenes de resonancia magnética y tomografía computariza necesarios para neuronavegar durante la cirugía.
En cuanto al diseño y ejecución del nuevo implante óptico intraóseo, este primer prototipo ha sido desarrollado por un equipo de investigación de la Universidad de La Laguna que incluye a los doctores José Luis González Mora (subdirector del Instituto Universitario de Neurociencia) y Francisco Marcano, los ingenieros Óscar Pérez y Roberto Chávez, Zulema Castro y la ya citada doctora Estefanía Hernández-Martin, quien ha hecho un balance del proyecto tras la intervención: “El éxito de ODIN se debe al compromiso total del equipo, tanto en el ámbito clínico como tecnológico, que se ha involucrado por completo para alcanzar este logro”.
Hernández explica que el proyecto abarca desde desafíos tecnológicos, como la creación de un nuevo prototipo de implante intraóseo, hasta retos clínicos, como la ejecución de una cirugía compleja guiada por robot o el cuidado animal. “Este proyecto ha implicado la superación de varios pasos y numerosos hitos, enfrentándonos a errores que hemos ido solventando, pues han sido muchas primeras veces. A partir de ahora, nos enfocaremos en tomar medidas de ambos implantes para desarrollar modelos de control motor que beneficien a pacientes con enfermedades motoras. ODIN ha sido el motivo de mi retorno a Europa, y me siento sumamente agradecida por haber liderado y ejecutado un proyecto tan innovador en mi país, con un equipo increíble. Llevaré conmigo el orgullo y la satisfacción de haber formado parte de un proyecto tan importante para la comunidad científica en casa”.
Interfaz para medir la actividad neuronal
ODIN es un ejemplo de interfaz cerebro-ordenador (BCI), dispositivos que facilitan la comunicación directa entre el encéfalo y un equipo externo. El objetivo principal del implante es identificar patrones de activación en la corteza cerebral que envían señales rápidas y de alta precisión a los músculos, cuya regulación es dada por núcleos cerebrales profundos para crear un modelo de control motor que influirá tanto en tratamientos clínicos como en desarrollo tecnológico.
Por un lado, se ha desarrollado un implante óptico miniaturizado, poco invasivo y biocompatible que se implanta en el espesor del cráneo. Se trata del primer implante cerebral colocado fuera del parénquima cerebral, lo cual evita problemas de biocompatibilidad como edemas e inflamación que se dan en los implantes de microelectrodos que se están desarrollando en la actualidad.
ODIN también será de mucha utilidad para avanzar en la investigación mediante implantación de electrodos en la profundidad cerebral (del inglés Deep Brain Stimulation o DBS), que está arrojando información sobre el control motor de los núcleos cerebrales. La DBS es una categoría de intervención relativamente nueva que depende de la comprensión de la neuroanatomía, del flujo de información y de la capacidad para modularlo. Actualmente falta información sobre el control motor en modelos de cerebros sanos, por lo que circulan diferentes hipótesis y teorías a partir de estudios en modelos de cerebros enfermos. Por ello, es crucial contar con un modelo en sano, que es precisamente uno de los objetivos de ODIN.
Más específicamente, en esta primera fase de proyecto se pretende, entre otras metas, realizar medidas intracraneales envueltos en el bucle motor durante la marcha (movimiento); medir los cambios vasculares generados durante el movimiento a través del implante óptico en la corteza motora y sensoriomotora; y crear un modelo de control motor en cerebro sano. Así, a partir del modelo generado por estas medidas, será posible comparar cualquier patología motora para un diagnóstico eficaz en pacientes.
Adicionalmente, un implante óptico de estas características permitiría la extracción de información con resoluciones espaciales y temporales altas, además de ser extremadamente de bajo consumo de energía, dada la proximidad de los emisores de luz a la corteza cerebral. Podrá enviar las señales registradas a dispositivos externos de control y comunicación como sillas de ruedas, computadoras y domótica, lo cual sería útil en pacientes con grandes déficits motores.
