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Las ratas paralizadas vuelven a caminar
Las ratas paralizadas por una lesión en la médula espinal pueden aprender a controlar sus extremidades traseras nuevamente si se las adiestra para caminar en un dispositivo de rehabilitación mientras su columna lumbar es estimulada eléctrica y químicamente. Un ensayo clínico que utilice un sistema similar construido para humanos podría comenzar en los próximos años.
Investigadores en Suiza utilizaron estimulación eléctrica y química para excitar neuronas en la médula espinal inferior de ratas paralizadas, mientras que los roedores eran suspendidos por un chaleco que los obligaba a caminar usando solo sus patas traseras. El procedimiento de rehabilitación condujo a la creación de nuevas conexiones neuronales entre la corteza motora del cerebro que dirige el movimiento y la parte inferior de la columna vertebral, informan los investigadores en Ciencias.
Investigaciones anteriores han demostrado que es posible revertir algunos de los efectos de la lesión de la médula espinal evitando la conexión normal entre el cerebro y las piernas, que se rompe por la lesión. Por ejemplo, la marcha se puede activar en ratas con lesión de la médula espinal si se estimula su columna. Pero hasta ahora, ese movimiento ha sido involuntario. Esta nueva investigación muestra que con un sistema de entrenamiento especializado, ratas similares pueden recuperar el control voluntario sobre sus patas.
Un informe publicado el año pasado mostró la prueba de principio de que este tipo de enfoque puede funcionar en los pacientes, dice Gregoire Courtine , autor principal del estudio en ratas. En mayo de 2011, se informó que Rob Summers, de 25 años, que había quedado paralizado del pecho para abajo en un accidente automovilístico, se paraba solo durante unos minutos con estimulación eléctrica de la médula espinal. También podría dar pasos repetidos en una cinta con la estimulación, que activa regiones en la médula espinal inferior que controlan la marcha. La locomoción resultante de este tipo de estimulación es automática e involuntaria y se cree que no requiere comunicación directa del cerebro.
Courtine había demostrado previamente que este tipo de caminata automática podría iniciar patrones de caminata en las extremidades traseras de ratas con lesión de la médula espinal que fueron estimuladas espinalmente mientras estaban en una cinta rodante. Debido a que la columna vertebral podía controlar el patrón de caminar, Courtine sospechaba que solo sería necesaria una señal débil del cerebro para que los animales comenzaran a caminar voluntariamente.
Para probar si las ratas podían recuperar el control dirigido por el cerebro de estos movimientos, él y su equipo desarrollaron un sistema de soporte robótico que suspende a las ratas en una postura bípeda y ayuda con el equilibrio, pero no proporciona ningún impulso hacia adelante. Diez ratas paralizadas fueron entrenadas diariamente para caminar con estimulación tanto en una cinta rodante como en el sistema robótico. Después de dos o tres semanas, las ratas dieron sus primeros pasos voluntarios. Esta es la primera vez que vemos el control voluntario de la locomoción en un animal con [una lesión] que normalmente lo deja completamente paralizado, dice Courtine.
La clave de esta recuperación fue el papel activo del cerebro de la rata para querer avanzar. La estimulación eléctrica y química pone el sistema nervioso de la rata en un estado en el que es posible caminar, dice la coautora del estudio, Janine Heutschi, y luego es necesario hacer que la rata quiera caminar. El deseo de caminar de las ratas fue motivado por las recompensas de chocolate y el estímulo vocal de los investigadores (que se puede escuchar en este video del Instituto Federal Suizo de Tecnología). El sistema de suspensión robótica obliga a los roedores a usar sus extremidades traseras inactivas y no arrastrarse hacia adelante con sus extremidades anteriores aún funcionales.
La combinación de estimulación electroquímica y entrenamiento activo, que incluía subir escaleras y sortear obstáculos, dio como resultado nuevas conexiones neuronales que pasaron por alto el lugar de la lesión. Promocionamos la remodelación extensa de las conexiones neuronales no solo en el sitio de la lesión sino en todo el sistema nervioso central, incluido el cerebro, dice Courtine. Lo que fue más sorprendente, dice, fue el aumento de cuatro veces en las proyecciones neuronales enviadas al tallo cerebral desde la corteza motora, que proporciona un control consciente de los movimientos. La corteza motora se convierte en la maestra del proceso de reorganización.
La intención consciente de las ratas también fue necesaria para la remodelación. El sistema nervioso de las ratas que recibieron la estimulación electroquímica pero que se entrenaron solo en cintas de correr no demostraron los cambios anatómicos. Necesita incorporar una entrada del cerebro, dice Heutschi. No funciona si la rata está en una caminadora; tienes que obligarlos a usar el cerebro para controlar sus extremidades traseras.
La importancia clínica de los hallazgos no está clara, según un neurocientífico de la Universidad de Rutgers. Joven sabio , debido a la inusual lesión quirúrgica de las ratas experimentales (dos cortes a cada lado del cordón a diferentes alturas). Una lesión más relevante habría sido una contusión o un hematoma de la médula espinal, dice.
Sin embargo, otros expertos creen que los resultados son prometedores para los pacientes con lesión de la médula espinal que no tienen un corte completo a través de la médula. Aunque todas las conexiones entre el cerebro y la médula espinal inferior se interrumpieron en las ratas experimentales, quedan algunas fibras, por lo que la belleza de su tecnología es utilizar el sistema de entrenamiento robótico para activar esas conexiones restantes que pueden permitir que la corteza controle la extremidades y recuperar el movimiento voluntario, dice Zhigang He , neurocientífico de la Facultad de Medicina de Harvard. Este sistema de entrenamiento robótico hace que eso suceda, dice.
Se están elaborando planes para desarrollar una versión a escala humana del sistema de formación y probar sus efectos en ensayos clínicos en Europa. Investigadores del Instituto Federal Suizo de Tecnología y otras instituciones europeas también están trabajando en una versión mejorada e implantable del sistema de estimulación espinal eléctrica que puede llegar a los humanos el próximo año.