Hace cuatro años, en un día nevado y frío en su natal Italia, Michel Roccati, entonces de 26 años, sufrió un grave accidente: perdió el control de su motocicleta por el pavimento congelado y su cuerpo salió disparado 10 metros hasta impactar contra un vehículo. El fuerte golpe le cercenó su médula espinal por completo.
Perdió la sensibilidad y la movilidad total de las piernas. En plena juventud, la lesión de su médula espinal (LME) lo condenó a usar silla de ruedas de por vida. Al igual que él, de acuerdo con el Informe Mundial sobre la Discapacidad de la Organización Mundial de la Salud (disponible en: https://apps.who.int/iris/handle/10665/75356), anualmente entre 250 mil y 500 mil personas en todo el mundo sufren lesiones medulares.
En México esta cifra se estima en 24 casos por cada millón de habitantes, es decir, cada año alrededor de 3 mil mexicanos sufren LME, lo que les imposibilita sentir y mover la mitad del cuerpo, de la cintura para abajo cuando es paraplejia, o casi todo el cuerpo, desde el cuello hacia abajo cuando sufren tetraplejia.
Desde hace siglos curar las lesiones de médula espinal se consideraba imposible, un asunto de ciencia ficción y un reto constante para grupos de científicos de varias naciones. Pero esta semana un equipo de 70 científicos de ocho países encabezados por Grégoire Courtine, de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, y Jocelyne Bloch, del Hospital Universitario de Lausana, Suiza, dieron a conocer un procedimiento tecnológico que podría ser el parteaguas en el tratamiento de este padecimiento.
Los resultados publicados en la revista Nature Medicine –una de las más importantes del mundo en el campo biomédico– son el producto de 30 años de investigaciones preclínicas y clínicas y, aunque ahora se reporta el éxito con solo tres personas rehabilitadas (incluido Michel), podrían ser los primeros pasos para la masificación de este procedimiento en beneficio de miles de personas dentro de poco tiempo (consultar en: https://doi.org/10.1038/ s41591-021-01663-5).
“Demostramos que la estimulación eléctrica personalizada de la médula espinal, utilizando paletas de electrodos, restaura los movimientos motores independientes a las pocas horas del inicio de la terapia en tres pacientes con parálisis sensoriomotora completa”, señala el equipo de científicos en el artículo.
Anualmente, entre 250 mil y 500 mil personas en todo el mundo sufren lesiones medulares, de acuerdo con el Informe Mundial sobre la Discapacidad de la Organización Mundial de la Salud, y en México se estiman tres mil casos al año.
Los resultados de la nueva tecnología prometedora se obtuvieron con un ensayo clínico en curso –con 10 participantes–, identificado con el número NCT02936453, en el banco de registros de ensayos clínicos de todo el mundo, de la Biblioteca de Medicina de Estados Unidos, llamado ClinicalTrials.gov (consultar en https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02936453).
Las revistas más importantes del mundo han publicado los resultados conforme avanzan las investigaciones, desde los primeros experimentos llevados a cabo con roedores y monos hace 30 años, hasta las primeras aplicaciones en seis seres humanos en 2018.
Un sueño hecho realidad
Para las personas parapléjicas mover por sí solas las piernas un centímetro es imposible, una quimera, pero este desarrollo tecnológico único en el mundo llamado estimulación eléctrica epidural (EES, por sus siglas en inglés) permite a los pacientes recuperar la sensibilidad de las piernas tan solo un día después de poner en marcha el procedimiento, que consiste en un implante en la médula espinal que funciona como un puente de pulsos eléctricos entre el cerebro y la médula dañada.
Así ocurrió con Michel Roccati, quien se sometió al tratamiento experimental que estimuló con pequeños pulsos eléctricos –generados por un marcapasos–, los lugares precisos de su médula espinal responsables de controlar todos y cada uno de los nervios involucrados en el movimiento de los músculos de las piernas y del torso (abdomen y espalda baja).
“Es un puente neuroprotésico entre el cerebro y la médula espinal lumbar del paciente que se le implanta por debajo de la lesión de la médula espinal”, explica Courtine en entrevista. “A través de tecnología inalámbrica, este sistema transmite señales desde el cerebro, encargado del control del movimiento voluntario, hasta las piernas a través de la estimulación eléctrica del implante; esto contribuye a que los nervios espinales dañados se recuperen”.
También utilizaron una serie de neuroquímicos que promueven la reconexión de las neuronas, junto con novedosas terapias basadas en neurotecnologías con inteligencia artificial, que no solo permiten la rápida recuperación de sus actividades motrices, sino que impulsan la recuperación personalizada y la remisión (curación) de la lesión.
Aunque todavía de manera errática, Michel ya ha podido realizar parte de las actividades que realizaba antes de sufrir su lesión. Recuperó la sensibilidad y la movilidad de las piernas de manera inmediata, pero hacerlo adecuadamente ha requerido meses de rehabilitación que, lamentablemente, fueron interrumpidos por la pandemia de COVID-19.
Su organismo recuperó una capacidad perdida, pero su cerebro tiene que volver a aprender a mover las piernas. Desde los experimentos con roedores, los investigadores observaron que el cerebro de aquellos que tenían lesión de médula espinal requerían entrenar a su cerebro nuevamente para recuperar la movilidad de las extremidades y eso lo consiguieron gracias a la neurorrehabilitación.
EN UN SOLO DÍA LOS PROGRAMAS DE ESTIMULACIÓN DE ACTIVIDADES ESPECÍFICAS PERMITIERON A LOS TRES PACIENTES PONERSE DE PIE, CAMINAR, MONTAR EN BICICLETA, NADAR Y CONTROLAR LOS MOVIMIENTOS DE LAS PIERNAS Y DEL TRONCO.
El nuevo primer paso de Michel lo dio en agosto de 2020, después de someterse al procedimiento quirúrgico mediante el cual se le incrustó una plantilla de 10 centímetros de largo por 2 de ancho, con 16 electrodos, en su médula espinal. Esta plantilla es la responsable de enviar los pulsos eléctricos a los nervios que controlan el movimiento de las piernas y pies, y está conectada mediante un cable delgado a un marcapasos que genera las pequeñas descargas, de tan solo una fracción de voltio.
Luego vino el proceso de rehabilitación que incluye fisioterapia y entrenamiento, combinado con tratamiento neuroquímico, pero una vez que la rehabilitación y los dispositivos de pulsos eléctricos se interconectaron, los resultados han sido mejor de lo esperado.
“¡Es un sueño hecho realidad! Los primeros pasos fueron increíbles!”, expresó Michel en entrevista. “¡Tan solo un día después de empezar a practicar vi que mis piernas se movían otra vez, sentí la contracción de los músculos de mis piernas y pude caminar otra vez. Fue una emoción muy intensa!”.
Junto con Michel otros dos pacientes, de 41 y 32 años, quienes también sufrieron lesiones de médula espinal varios años antes en accidentes en motocicleta recibieron el tratamiento experimental y los tres, que tenían paralizado su cuerpo del torso para abajo, recuperaron la sensibilidad y la movilidad de sus piernas.
“No fue el inicio perfecto, pero Michel fue mejorando conforme avanzó la terapia y cada vez su andar fue más fluido, no solo en el interior del laboratorio sino también fuera de él con cada vez más pasos”, comentó Jocelyne Bloch, la neurocirujana encargada de la delicada tarea de colocar el implante en la médula.
Ahora puede ir al bar y tomar una cerveza con sus amigos y diariamente va caminando desde su casa al centro de rehabilitación. “Todos los días hago mis ejercicios de rehabilitación. He pasado por un entrenamiento bastante intenso en los últimos meses y me he fijado una serie de objetivos, por ejemplo, ahora puedo subir y bajar las escaleras, y espero poder caminar un kilómetro para esta primavera”, comenta Michel.
En un solo día, se detalla en el artículo científico, los programas de estimulación de actividades específicas permitieron a los tres pacientes controlar los movimientos de las piernas y del tronco, y luego de unas semanas de rehabilitación pudieron ponerse de pie, caminar, montar en bicicleta y nadar. Este es el primer camino realista para apoyar la movilidad de personas con LME.
Para el nuevo desarrollo tecnológico Grégoire Courtine y sus colegas primero determinaron los lugares precisos de la médula espinal responsables de controlar todos y cada uno de los nervios involucrados en el movimiento de los músculos de las piernas y el torso.
Atlas anatómico personalizado
Este proyecto inició en los 90, cuando Courtine buscaba generar un sistema de neurorrehabilitación para aliviar el dolor en pacientes con lesiones medulares. Con frecuencia estos padecimientos generan dolor crónico y toda una serie de complicaciones.
“Desde muy joven, cuando iniciaba mi carrera científica decidí dedicar mis investigaciones a la obtención de un método de rehabilitación de pacientes con paraplejia“, comenta el científico de 44 años. “Un reto sumamente complejo”.
La médula espinal es el nervio más grande del organismo humano y es la principal vía de comunicación del cerebro con el resto del cuerpo. La columna vertebral o espina dorsal se divide en cuatro secciones desde el que se extienden los nervios hacia las distintas partes del cuerpo.
La área cervical es la parte superior de la columna vertebral, con siete vértebras cervicales (identificadas como C-1 a C-7), de las que emergen ocho pares de nervios. Luego está el área torácica, que incluye el tórax con doce vértebras (T-1 a T-12), y 12 pares de nervios. La sección inferior de la espalda es el área lumbar, con cinco vértebras lumbares (L-1 a L-5) y cinco pares de nervios lumbares; y la sección inferior, el área sacra, con cinco vértebras (S-1 a S-5) y cinco pares de nervios sacros. En total hay 31 pares de nervios espinales y cada uno tiene dos raíces.
Al sufrir una LME, la mayoría de las personas padecen parálisis parcial o total ya sea de dos o las cuatro extremidades; experimentan atrofia, pérdida de masa muscular, osteoporosis o disminución de la densidad ósea, lo que aumenta la posibilidad de fracturas. Se incrementa el riesgo de úlceras por presión en áreas del cuerpo como los glúteos, espalda baja y muslos; contracturas articulares y rigidez, lo que dificulta sentarse correctamente en una silla de ruedas o moverse y acomodarse en asientos y bancas. Además, afecta diversos órganos como la vejiga, intestinos y la piel.
Las complicaciones dependen del tipo de lesión ya sea completa o incompleta y, por lo general, determina el grado de pérdida funcional o discapacidad que experimentará cada persona. En una lesión completa como la de Michel Roccati hay pérdida total tanto de la sensibilidad como de la función motora, por debajo de la lesión. Es la más devastadora, se presenta con mayor pérdida funcional y más efectos secundarios.
Para el nuevo desarrollo tecnológico Grégoire Courtine y sus colegas primero determinaron los lugares precisos de la médula espinal responsables de controlar todos y cada uno de los nervios involucrados en el movimiento de los músculos de las piernas y el torso –algo que no se tenía con precisión en el mundo–, para ello hicieron un Atlas anatómico tridimensional con imágenes detalladas obtenidas con tomografía computarizada de la médula espinal tanto de personas sanas como de las 10 personas que participan en el ensayo.
Con este Atlas los investigadores analizaron y compararon las raíces dorsales de la médula espinal y su ubicación precisa; luego desarrollaron la plantilla con los 16 electrodos cuidando que cada uno de ellos se conecta de forma precisa a las terminaciones nerviosas que debe estimular. Si bien el número de nervios es el mismo en todas las personas, la forma anatómica de la médula espinal tiene variaciones topológicas, por ello, cada plantilla de electrodos debe adaptarse a cada paciente.
Estimulación eléctrica
Desde los experimentos con roedores y monos el equipo de científicos se percató que era importante la estimulación eléctrica de los nervios dañados, pero descubrió que esta estimulación no debía ser continua como había hecho otros grupos de investigadores, sino que debía transmitirse a través de breves pulsos de bajo voltaje y sincronizados, cada uno estimulando el nervio preciso responsable de cada movimiento: extensión y contracción de una pierna y extensión y contracción de la otra, así como el movimiento y dirección de cada pie, etc. Un movimiento mecánico complejo que las personas sanas ejecutan de manera automática e inconsciente, pero para una persona con parálisis resulta imposible.
“Ahora desarrollamos una nueva tecnología que estimula los lugares precisos de la médula espinal para restaurar el movimiento después de una parálisis”, explica Courtine. “Es una nueva plantilla de electrodos que se conectan en el lugar preciso debajo de la lesión y envía los pulsos eléctricos para activar las fibras de las neuronas motoras de los músculos de piernas y torso”.
Este nuevo concepto es exacto, y la terapia es más efectiva y rápida. Asimismo, el ensayo utilizó por primera vez esta técnica en personas con lesiones completas de la médula espinal. La plantilla con electrodos y cables se implanta en las raíces dorsales de la médula espinal entre las vértebras y debajo de la lesión paralizante, mediante una neurocirugía que dura alrededor de cuatro horas.
“Con esta nueva plantilla podemos conectar y estimular no solo los nervios de las piernas, sino también del torso”, comenta Jocelyne Bloch. “La ubicación de los electrodos depende de las heridas de cada paciente, pero generalmente debe colocarse seis centímetros por debajo de la lesión”.
El dispositivo, llamado ARCIM, fue desarrollado por los investigadores con el apoyo de la empresa biotecnológica Onward Medical, de la que es impulsora la Fundación Christopher & Dana Reeve (del actor y activista estadounidense Christopher Reeve, quien protagonizó las películas de Superman) y otras agrupaciones sin fines de lucro de Europa y EE.UU. El objetivo es producirlo a bajo costo y en mayores cantidades.
Los electrodos y cables del dispositivo pueden durar toda la vida de los pacientes y fue diseñado con materiales biocompatibles que no generan rechazo, destaca Bloch. En 2020 este implante recibió la designación de dispositivo innovador por la Agencia de Medicamentos y Alimentos (FDA) de Estados Unidos.
Este mismo dispositivo, comenta Courtine, ha permitido estabilizar la presión arterial y apoyar la estabilidad del tronco de los pacientes; también reduce los espasmos reflejos, y mejora la función sexual, así como el control intestinal y de la vejiga.
Los electrodos se conectan a un sistema de estimulación directa y programada llamado ARCEX, que consiste en un pequeño marcapasos responsable de generar los pulsos eléctricos. Este dispositivo externo es pequeño, se puede llevar en la cintura o el abdomen y se conecta de manera inalámbrica, con aparatos electrónicos como el reloj inteligente, smartphone, tableta o computadora.
“El cerebro ordena el envío de señales eléctricas a los músculos de las piernas desde una tableta electrónica, que a su vez activa la plantilla que envía los pulsos a las diversas áreas de la médula para activar los nervios para caminar”, explica Courtine.
A los dispositivos electrónicos se les instala un software, desarrollado con inteligencia artificial, que contiene el programa de neurorrehabilitación personalizado en función de las capacidades y necesidades de cada paciente. Coordina los pulsos eléctricos necesarios y establece una rutina de actividades.
Junto a los dispositivos ARCIM y ARCEX los investigadores desarrollaron un tratamiento basado en neuroquímicos, entre los que se encuentran serotonina, dopamina y agonistas que ayudan al proceso de reactivación de las neuronas.
Una vez conectados los dispositivos y luego de que el implante recibe los pulsos eléctricos, los pacientes recuperan la movilidad de sus extremidades de forma inmediata. Courtine afirma que conforme pasan las semanas y los meses los pacientes van mejorando su movilidad y las sensaciones de sus piernas.
Michel Roccati recuerda que, si bien desde el principio sintió las contracciones de sus músculos y pudo mover las piernas, al principio le fue difícil mantenerse de pie y controlar bien el movimiento de los muslos. “Primero empecé la terapia para soportar mi cuerpo de pie, cada semana practiqué y sentí como los músculos cada vez eran más fuertes; después de semanas de rutina y de entrenamiento pude mantenerme de pie sin necesidad de ningún apoyo”.
Este procedimiento se puede aplicar también para personas tetrapléjicas que han perdido la movilidad de sus cuatro extremidades y sin ningún efecto secundario. El costo de esta tecnología, dice Courtine, es similar al de los procedimientos que se usan para aliviar el dolor en personas parapléjicas: menos de una decenas de miles de dólares.
Antes de que termine 2022, los investigadores llevarán a cabo un ensayo clínico de fase II con 65 pacientes con lesiones de médula espinal de 15 ciudades de Canadá, Estados Unidos, Reino Unido y la Unión Europea con el cual esperan tener la aprobación de la Agencia Europea de Medicamentos y de la Agencia de Medicamentos y Alimentos de Estados Unidos, para comercializar este nuevo procedimiento y ponerlo al alcance de más personas.
Asimismo, con el análisis de los nueve pacientes que se han sometido a este procedimiento junto con un grupo de personas sanas, el equipo de Courtine y Bloch está llevando a cabo una investigación para identificar las neuronas espinales que participan en este método terapéutico.
Hasta ahora no se han descubierto esas células que actúan en este asombroso proceso de recuperación. Los investigadores esperan que una vez que sean identificados se puedan desarrollar mejores terapias de neurorehabilitación, dirigidas a estimular la reconexión entre neuronas.
Este es un pequeño primer paso de una investigación científica y un desarrollo tecnológico que buscan que millones de personas en todo el mundo puedan volver a dar sus propios pasos, que caminen otra vez como Michel Roccati.
