Una rodilla biónica integrada en el tejido restaura el movimiento natural

En el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han demostrado la viabilidad de una rodilla biónica que, integrada en el tejido, restaura el movimiento natural de aquellos con amputaciones por encima de la rodilla. Reconocen sentirla “como parte de su cuerpo”.

En Science se difunde el estudio en el que este equipo interdisciplinar asegura que esta rodilla biónica puede ayudar a caminar más rápido, subir escaleras y evitar obstáculos con mayor facilidad que con una prótesis tradicional.

A diferencia de aquellas en las que el muñón se asienta dentro de un encaje, el nuevo sistema se integra directamente con el tejido muscular y óseo del usuario. Esto permite una mayor estabilidad y le otorga al usuario un control mucho mayor sobre el movimiento de la prótesis, según sus inventores.

“Una prótesis integrada en el tejido -anclada al hueso y controlada directamente por el sistema nervioso- no es simplemente un dispositivo inerte e independiente, sino un sistema cuidadosamente integrado en la fisiología humana, ofreciendo un mayor nivel de personificación protésica. No es simplemente una herramienta que el ser humano utiliza, sino una parte integral de su ser”, afirma el profesor Hugh Herr, codirector del Centro K. Lisa Yang de Biónica del MIT y autor principal del estudio.

Durante los últimos años, el laboratorio del profesor Herr ha trabajado en nuevas prótesis de rodilla biónica que pueden extraer información neuronal de los músculos que quedan después de una amputación y utilizarla para ayudar a guiar una prótesis.

En una amputación tradicional, se suelen seccionar pares de músculos que se estiran y contraen alternativamente, lo que altera la relación agonista-antagonista normal de los músculos. Esta alteración dificulta enormemente que el sistema nervioso detecte la posición de un músculo y la velocidad de su contracción.

Retroalimentación sensorial

Mediante el nuevo enfoque quirúrgico desarrollado por el profesor Herr y su equipo, conocido como interfaz mioneuronal agonista-antagonista (AMI), los pares musculares se reconectan durante la cirugía para que sigan comunicándose dinámicamente dentro del muñón.

Esta retroalimentación sensorial ayuda al usuario de la prótesis a decidir cómo mover la extremidad y también genera señales eléctricas que pueden utilizarse para controlar la prótesis.

En un estudio de 2024, demostraron que las personas que recibieron la cirugía AMI pudieron caminar más rápido y sortear obstáculos de forma mucho más natural que las que tenían amputaciones tradicionales debajo de la rodilla.

Ahora, buscaban crear un sistema que no solo pudiera leer las señales de los músculos mediante AMI, sino que también se integrara en el hueso, ofreciendo mayor estabilidad y una mejor retroalimentación sensorial.

Para lograrlo, desarrollaron un procedimiento para insertar una varilla de titanio en el fémur residual en el lugar de la amputación. Este implante permite un mejor control mecánico y una mejor capacidad de carga que una prótesis tradicional.

Además, el implante contiene 16 cables que recopilan información de electrodos situados en los músculos del AMI, lo que permite una transducción más precisa de las señales provenientes de los músculos.

Este sistema de integración ósea, conocido como e-OPRA, transmite señales AMI a un nuevo controlador robótico desarrollado específicamente para este estudio que utiliza esta información para calcular el torque necesario para mover la prótesis según las necesidades del usuario.

“Todas las partes trabajan juntas para facilitar la entrada y salida de información del cuerpo y una mejor interacción mecánica con el dispositivo”, explica Tony Shu, del equipo. Así, detalla que “estamos cargando directamente el esqueleto, que es la parte del cuerpo que debe cargarse, en lugar de usar encajes, que es incómodo y puede provocar frecuentes infecciones cutáneas”.

Sensación de encarnación de la rodilla biónica

En este estudio, dos voluntarios recibieron el sistema combinado AMI y e-OPRA, conocido como prótesis mecanoneural osteointegrada (OMP). El equipo del MIT comparó a estos voluntarios con otros ocho que se sometieron a la cirugía AMI, pero no al implante e-OPRA, y con otros siete que no se sometieron a ninguno de estos dos. Todos probaron por turnos una prótesis de rodilla motorizada experimental desarrollada por este laboratorio.

Los investigadores midieron la capacidad de los voluntarios para realizar diversos tipos de tareas, como flexionar la rodilla en un ángulo específico, subir escaleras y sortear obstáculos.

En la mayoría de estas tareas, los del sistema OMP obtuvieron mejores resultados que los sometidos a cirugía de IAM, pero no al implante e-OPRA, y mucho mejores que los usuarios de prótesis tradicionales.

Además, también hicieron preguntas diseñadas para evaluar la sensación de encarnación de los participantes; es decir, hasta qué punto su prótesis se sentía como parte de su propio cuerpo.

Las preguntas incluían si los pacientes sentían como si tuvieran dos piernas, si sentían que la prótesis formaba parte de su cuerpo y si sentían que la controlaban. Cada pregunta se diseñó para evaluar los sentimientos de autonomía, propiedad del dispositivo y representación corporal de los participantes.

Así las cosas, descubrieron que, a medida que avanzaba el estudio, los dos voluntarios con OMP, mostraron aumentos mucho mayores en sus sensaciones de propiedad que los otros participantes.

En este sentido, el profesor Herr reconoce que “con este enfoque de integración tisular, cuanto más integrado esté, más probable será que el usuario diga que la prótesis forma parte de sí mismo”.

El sistema combinado de OMP requerirá ensayos clínicos más amplios para obtener la aprobación de la FDA para su uso comercial, lo que este investigador calcula que podría tardar unos cinco años.