Aunque solo se ha probado con éxito en una persona con depresión resistente a los fármacos, el estimulador cerebral implantable más pequeño logrado hasta ahora es un hito biomédico. Ha sido diseñado en la Universidad de Rice, en Houston (EE UU), por un equipo interdisciplinar de ingenieros y neurocientíficos. El dispositivo tiene el tamaño de un guisante y se implanta en la duramadre.
Vídeo: Rice University
El estudio experimental difundido por Science Advances sitúa a sus autores en la vanguardia de la neuro nanotecnología. Sus autores recuerdan que los dispositivos implantables, que estimulan eléctricamente el sistema nervioso central o periférico, se utilizan cada vez más para tratar trastornos psiquiátricos, del movimiento y del dolor así como para la restauración del movimiento después de una lesión de la médula espinal.
Reconocen también que, a pesar de la eficacia clínica demostrada, las tasas de adopción de terapias bioelectrónicas, como la estimulación cerebral profunda (ECP), con frecuencia oscilan entre el 5 y el 10 %. Los principales factores que limitan la adopción son la percepción de riesgo del paciente, alto coste de los procedimientos y las largas listas de espera para los tratamientos complejos.
En general -añaden estos neurocientíficos-, existe un equilibrio en las tecnologías neuromoduladoras entre la invasividad y la eficacia de la estimulación. Los dispositivos más invasivos pueden apuntar con mayor precisión, pero sufren un mayor riesgo real y percibido y un acceso reducido debido a la complejidad del procedimiento, que requiere cirujanos e instalaciones especializados.
Y citan como ejemplos más representativos a los sistemas NeuroPace Responsive Neurostimulation y PicoStim, que permiten un acceso preciso al cerebro sin largos cables en el cuerpo, pero que aún requieren de grandes craneotomías y procedimientos invasivos.
Apoyándose en la tecnología de transferencia de energía magnetoeléctrica, este dispositivo del tamaño de un guisante desarrollado en el laboratorio Rice de Jacob Robinson, en colaboración con Motif Neurotech y los clínicos Sameer y Sunil Sheth, puede alimentarse de forma inalámbrica a través de un transmisor externo y usarse para estimular el cerebro a través de la duramadre, la membrana protectora adherida a la parte inferior del cráneo.
El dispositivo, al que le han dado el nombre de Digitally programmable Over-brain Therapeutic (DOT), podría revolucionar el tratamiento de la depresión resistente a los medicamentos y otros trastornos psiquiátricos o neurológicos, al proporcionar una alternativa terapéutica que ofrece mayor autonomía y accesibilidad al paciente que las terapias actuales basadas en neuroestimulación. A esto hay que añadir que es menos invasivo que otras interfaces cerebro-computadora (BCI).
El profesor Robinson explica que su ingenio puede activar la corteza motora, “lo que hace que el paciente mueva la mano. En el futuro, podremos colocar el implante encima de otras partes del cerebro, como la corteza prefrontal, donde esperamos mejorar el funcionamiento ejecutivo en personas con depresión u otros trastornos”.
Antes de seguir con más detalles sobre este hito biomédico, es necesario subrayar que este fue un sistema de prueba de concepto y que, como puntualizan sus autores, “hay muchos aspectos del trabajo que deberían considerarse para su aplicación futura”.
En primer lugar, se utilizó estimulación controlada por voltaje para minimizar la complejidad del sistema y la cantidad de componentes del circuito disponibles en el mercado. Como implante terapéutico, las versiones futuras del dispositivo deberían incorporar estimulación con carga equilibrada y controlada por corriente para garantizar una activación crónica segura del tejido.
También se debe realizar un análisis detallado del tamaño y la ubicación de los electrodos de estimulación y retorno para optimizar los parámetros de estimulación, los requisitos de cumplimiento de voltaje y la comodidad del paciente.
Además, el embalaje debe ser hermético para que dure varios años y se debe verificar completamente su biocompatibilidad, durabilidad y confiabilidad.
Por último, la baja velocidad de datos obtenida en este sistema resonante -siempre según este equipo de investigadores- debería mejorarse o cambiarse para permitir una comunicación de mayor ancho de banda y permitir la autenticación del dispositivo, la verificación de errores y, potencialmente, el cifrado.
Las tecnologías implantables existentes para la estimulación cerebral funcionan con baterías relativamente grandes, que deben colocarse debajo de la piel en otras partes del cuerpo y conectarse al dispositivo de estimulación mediante cables largos. Estas limitaciones de diseño requieren más cirugía y someten al individuo a una mayor carga de implantación de hardware, riesgos de rotura o falla del cable y la necesidad de futuras cirugías de reemplazo de baterías.
“Eliminamos la necesidad de una batería alimentando el dispositivo de forma inalámbrica mediante un transmisor externo”, señala Joshua Woods, autor principal del estudio.
La tecnología se basa en un material que convierte los campos magnéticos en pulsos eléctricos. Este proceso de conversión es muy eficiente a pequeña escala y tiene buena tolerancia a la desalineación, lo que significa que no requiere maniobras complejas o minuciosas para activarlo y controlarlo. El dispositivo tiene nueve milímetros de ancho y puede entregar 14,5 voltios de estimulación.
“La neuroestimulación es clave para permitir terapias en el ámbito de la salud mental y la depresión, donde los efectos secundarios de los fármacos y la falta de eficacia dejan a muchas personas sin opciones de tratamiento adecuadas”, destaca el profesor Robinson.
Los investigadores probaron el dispositivo temporalmente en un paciente humano, usándolo para estimular la corteza motora (la parte del cerebro responsable del movimiento) y generando una respuesta al movimiento de la mano. Luego mostraron que el dispositivo interactúa con el cerebro de manera estable durante 30 días en cerdos.
Para algunas afecciones, como la epilepsia, es posible que sea necesario que el dispositivo se encienda permanentemente o la mayor parte del tiempo, pero para trastornos como la depresión resistente a los fármacos y el TOC, un régimen de sólo unos minutos de estimulación al día podría ser suficiente para lograr los cambios deseados.
Por último, el profesor Robinson dice que le interesa crear redes de implantes que puedan estimular y registrar, “de modo que puedan proporcionar terapias adaptativas personalizadas basadas en sus propias firmas cerebrales”.
Desde el punto de vista del desarrollo terapéutico, la mencionada compañía Motif Neurotech trabaja para que la FDA apruebe un ensayo clínico a largo plazo con voluntarios.