Implantes electrónicos inalámbricos para estimulación neuromuscular

Una de las líneas de investigación en el que han estado trabajando en los últimos años en el Biomedical Research Group (BERG) que dirige Antoni Ivorra en el Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) de la UPF, consiste en el desarrollo de implantes electrónicos inalámbricos para estimulación neuromuscular. Se espera que mediante la activación selectiva de nervios periféricos será posible recuperar funciones motoras y que este tipo de implantes serán de aplicación en pacientes con parálisis.

Más concretamente, en el BERG se trabaja en el desarrollo de dispositivos suficientemente pequeños como para que puedan ser implantados mediante inyección intramuscular en todos aquellos puntos en los que se necesite hacer una estimulación selectiva. Para lograr esto, este grupo huye de los métodos de alimentación eléctrica que se han utilizado hasta ahora en implantes activos (alimentación por baterías y acoplamiento inductivo) dado que requieren componentes demasiado voluminosos. La estrategia desarrollada por BERG consiste en el uso de implantes que rectifican ráfagas de corriente de alta frecuencia que fluye a través de los tejidos vivos por acoplamiento galvánico. De esta manera se generan localmente corrientes de baja frecuencia capaces de realizar la estimulación neuromuscular deseada.

Recientemente, este grupo ha desarrollado y demostrado el funcionamiento de implantes basados en esta estrategia que son capaces de obedecer a instrucciones recibidas en formato digital de un controlador externo. Los detalles de este estudio se publicarán en la revista IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering.

Efectivamente, como explica Laura Becerra-Fajardo, primera autora del trabajo, "en base a nuestro método de estimulación eléctrica neuromuscular, y empleando componentes convencionales de bajo coste, hemos desarrollado un implante de 2 mm de espesor, semirrígido e inyectable que responde a instrucciones externas según sean las necesidades de estimulación ". "De acuerdo con la normativa vigente, las corrientes de alta frecuencia aplicadas son seguras en términos de electroestimulación no deseada y de sobrecalentamiento", agregó.

Ésta ha sido la línea de investigación con la que Laura Becerra-Fajardo defendió su tesis doctoral el pasado mes de octubre en la UPF. Para esta investigación doctoral, la autora puso a punto los dispositivos y los validó, en primer lugar in vitro para ilustrar cómo se llevaba a cabo el acoplamiento galvánico, y acto seguido, en modelo animal para demostrar la estimulación eléctrica controlada. Los implantes eléctricos se inyectaron en dos músculos antagonistas de la pata de un conejo anestesiado y se comprobó que era posible inducir contracciones isométricas independientes. Estos dispositivos son una prueba de concepto encaminada a la futura realización de estimuladores totalmente flexibles y con diámetros inferiores al medio milímetro.

Los resultados obtenidos constituyen un salto adelante hacia el desarrollo de prótesis neuronales mínimamente invasivas que podrán ser utilizadas en pacientes con parálisis para la recuperación de funciones motoras tales como la locomoción.

Trabajo de referencia:

Laura Becerrra-Fajardo, Marieluise Schmidbauer, Antoni Ivorra (2016), “Demonstration of 2 mm thick microcontrolled injectable stimulators based on rectification of high frequency current bursts”, DOI: 10.1109/TNSRE.2016.2623483, IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering.