Varios investigadores en Suiza han utilizado la estimulación eléctrica y química para excitar las neuronas de la médula espinal baja de ratas paralizadas, mientras que los roedores eran suspendidos por un chaleco que les obligaba a caminar usando solo sus patas traseras. El procedimiento de rehabilitación llevó a la creación de nuevas conexiones neuronales entre la corteza motora del cerebro, que dirige el movimiento, y la espina dorsal baja, según informaron los investigadores en la revista científica Science.
Las investigaciones anteriores han demostrado que es posible revertir algunos de los efectos de las lesiones de la médula espinal saltándose la conexión normal entre el cerebro y las patas, que se corta después de la lesión. Por ejemplo, se puede activar la marcha en ratas con la columna vertebral lesionada mediante estimulación. Sin embargo, hasta ahora, ese tipo de movimientos han sido involuntarios. Esta nueva investigación demuestra que con un sistema de formación especializada unas ratas similares pueden recuperar el control voluntario de sus patas.
Un informe publicado el año pasado mostró una prueba de principio "de que este tipo de enfoque puede funcionar en pacientes", señala Grégoire Courtine, autor principal del estudio en ratas. En mayo de 2011, Rob Summers, de 25 años de edad y paralizado del pecho hacia abajo tras un accidente automovilístico, logró levantarse por sí mismo durante unos minutos mediante la estimulación eléctrica de su médula espinal. Con esta estimulación, que activa las regiones de la médula espinal baja encargadas de controlar la marcha, pudo también dar pasos repetidos en una cinta de caminar. La locomoción resultante de este tipo de estimulación es automática e involuntaria, y se cree que no requiere comunicación directa desde el cerebro.
Courtine ya había demostrado que este tipo de marcha automática podía iniciar patrones de locomoción en los miembros posteriores de ratas con columna vertebral lesionada que fueron estimuladas mientras andaban por una cinta. Puesto que la columna vertebral podía controlar el patrón de la marcha, Courtine sospechó que solo era necesaria una señal débil desde el cerebro para que los animales empezaran a caminar voluntariamente.
Para probar si las ratas podían recuperar el control de estos movimientos desde el cerebro, él y su equipo desarrollaron un sistema de apoyo robótico que suspende a las ratas en una postura de bipedestación y les ayuda con el equilibrio, pero no proporciona ningún impulso hacia adelante. Diez ratas con parálisis fueron entrenadas a diario para caminar, con estimulación tanto en una cinta de caminar como en el sistema robótico. De dos a tres semanas después, las ratas dieron sus primeros pasos voluntarios. "Es la primera vez que hemos observado un control voluntario de la locomoción en un animal con una lesión que normalmente lo deja completamente paralizado", afirma Courtine.
La clave de esta recuperación fue el papel activo del cerebro de la rata en su deseo de andar hacia delante. La estimulación eléctrica y química pone al sistema nervioso de la rata en un estado donde es posible caminar, afirma la coautora del estudio, Janine Heutschi, y "entonces hay que hacer que la rata quiera volver a moverse". El deseo de las ratas por caminar fue motivado por recompensas de chocolate y el estímulo vocal de los investigadores (que se puede escuchar en este vídeo del Instituto Federal Suizo de Tecnología). El sistema de suspensión robótica obliga a los roedores a usar sus patas traseras, en vez de arrastrarse hacia adelante con sus patas delanteras funcionales.
nLa combinación de la estimulación electroquímica y la formación activa, que incluye subir escaleras y sortear obstáculos, se tradujo en nuevas conexiones neuronales que pasaron por alto el sitio de la lesión. "Hemos promovido una amplia remodelación de las conexiones neuronales no solo en el sitio de la lesión, sino en todo el sistema nervioso central, incluso en el cerebro", afirma Courtine. Lo más sorprendente, asegura, fue que aumentaron cuatro veces las proyecciones neuronales enviadas a la base del cerebro desde la corteza motora, lo que proporciona un control consciente de los movimientos. "La corteza motora se convierte en el maestro del proceso de reorganización", explica Courtine.
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 solo fueron entrenadas en cintas de correr no mostró cambios anatómicos. "Es necesario incorporar una entrada desde el cerebro", afirma Heutschi. "No funciona si la rata está en una cinta de correr. Hay que obligarlas a usar el cerebro para controlar sus extremidades posteriores".
La importancia clínica de los resultados es incierta, según indica el neurocientífico Wise Young desde la Universidad de Rutgers (EE.UU.), debido a lo inusual de la lesión quirúrgica en las ratas experimentales (dos cortes en cada lado de la médula a diferentes alturas). Una contusión o un hematoma en la médula espinal habría sido una lesión más relevante, afirma.
Sin embargo, otros expertos creen que los resultados son prometedores para pacientes con lesión medular que no tengan un corte completo. A pesar de que todas las conexiones entre el cerebro y la médula espinal baja se vieron interrumpidas en las ratas experimentales "existen algunas fibras restantes, por lo que el atractivo de su tecnología está en el uso del sistema de entrenamiento robótico para activar las conexiones restantes y permitir a la corteza cerebral controlar los miembros, así como recuperar el movimiento voluntario", asegura Zhigang He, neurocientífico de la Escuela Médica de Harvard (EE.UU.). "Este sistema de entrenamiento robótico lo hace posible", afirma.
Hay planes en marcha para desarrollar una versión de tamaño humano del sistema de entrenamiento y para 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 eléctrica espinal que podría usarse en seres humanos el año próximo.