En el mundo de la neurocirugía, los traumatismos de columna son extremadamente frecuentes. Cerca de 20.000 estadounidenses sufren cada año serias lesiones de este tipo a raíz de accidentes de auto, caídas o producto de encuentros violentos. Presenta una tasa muy alta de mortalidad dentro del primer año y un gran número de sobrevivientes suelen presentar severas secuelas.

¿Cómo es el procedimiento actual ante una lesión medular?

El procedimiento que se utiliza en la actualidad para este tipo de lesiones se mantuvo durante los últimos 50 años: se busca descomprimir la espina al remover pedazos desprendidos de hueso o restos de hematomas y estabilizar al paciente. Luego de la cirugía. se monitoriza cuidadosamente la presión sanguínea con el fin de asegurarse de que exista una correcta perfusión y flujo sanguíneo.

Durante las semanas siguientes existe un gran riesgo de complicaciones. Debido al avance del proceso inflamatorio, la formación de tejido cicatrizal y las cascadas enzimáticas secundarias, el paciente puede recuperar o perder movilidad y/o sensibilidad en sus miembros. El tratamiento queda expectante y se debe preparar al paciente para afrontar su nueva realidad.

Ante un evento traumático, la espina pierde su capacidad de autorregulación y queda imposibilitada para manejar la cantidad de sangre que fluye a través de los pequeños vasos o censar cuándo debe disparar el estímulo eléctrico. Se sabe que pequeños niveles de estimulación eléctrica dirigidos a fibras específicas de un músculo atrofiado pueden llegar a generar la contracción del mismo. Este tipo de tratamientos ayuda a algunos pacientes a recuperar masa muscular y hasta recuperar, parcialmente, la movilidad perdida.

En los últimos años, los investigadores se han interesado en probar enviando estímulos eléctricos directamente a través de la médula espinal. Se han realizado pocas pruebas hasta el momento, pero prometedoras. Se encuentran en un estadio inicial.

Es extremadamente difícil controlar la presión de la médula espinal de un paciente tras un trauma. Su diámetro es del tamaño de un dedo meñique y sus vasos sanguíneos tienen el grosor de un cabello. Cualquier instrumento de medición que se coloque dentro puede causarle mayor daño. Es por eso que los neurocirujanos de hoy toman decisiones basadas en protocolos estandarizados.

El proyecto

Con la intención de generar avances en este campo, el neurocirujano Nicholas Theodore y el ingeniero biomédico Amir Manbachi de la Universidad de John Hopkins, se encaminaron en una investigación que promete ampliar fuertemente los horizontes de la neurocirugía.

A finales del 2020, su equipo ganó una beca de investigación de 13.48 millones de dólares, patrocinada por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA). El proyecto consiste en el desarrollo de dos piezas:

• Un dispositivo de ultrasonido biocompatible y del tamaño de una venda adhesiva. El objetivo es implantarlo en la espina durante la cirugía para que aporte información detallada de la microvasculatura.
• Un catéter diseñado para la espina, cuya utilidad es brindar información de la presión, temperatura y otros biomarcadores del líquido cefalorraquídeo (LCR).

El ultrasonido

Los dispositivos de ultrasonido, al igual que la mayoría de los aparatos electrónicos, se han ido perfeccionando con el tiempo, se volvieron más pequeños y poderosos. Pero el laboratorio de Manbachi tiene un enorme desafío por delante: desarrollar el dispositivo de ultrasonido más pequeño del mundo. Y el desafío no es solo el tamaño, debe ser biocompatible debido a que la intención es implantarlo en la médula espinal durante la cirugía. Esto permitiría ver en gran detalle y de forma dinámica todos lo que está ocurriendo dentro de la microvasculatura en el sitio de la lesión.

El catéter

Diseñado para flotar en el LCR del paciente, debe ser capaz de leer diferentes marcadores como presión, temperatura, oxigenación y otros. El objetivo es conocer en profundidad los detalles escondidos dentro del microambiente medular durante el proceso de lesión. Como si esto fuera poco, se buscará que el catéter sirva también como herramienta terapéutica. La idea es equipar al dispositivo con machine learning (aprendizaje automático) para procesar los datos que vienen del microambiente medular y compararlos con otros resultados de diferentes pacientes e inclusive con los de médulas sanas y así poder guiar las decisiones médicas sobre drogas, tiempos de drenaje y otras conductas.

Ambos dispositivos contarán con constante comunicación inalámbrica. La intensión de Manbachi es que algún día los pacientes puedan observar los parámetros a través de una aplicación que los ayude a comprender por qué no se están sintiendo bien y qué es lo que necesitan para hacerlo.

System of systems

System of systems (sistema de sistemas) es una colección de sistemas que están preparados independientemente para una realizar una operación específica, pero cuando se los combina dan lugar a un nuevo sistema más complejo y efectivo con nuevas funciones.

Los investigadores creen que el potencial de tratamientos que ofrece este proyecto se extenderá mucho más allá de los límites de esta patología hacia lugares imposibles de imaginarse hoy. Para ampliar este concepto, Theodore citó al robot quirúrgico Da Vinci. El mismo fue desarrollado para cirugías de corazón y luego fue adaptado para procedimientos prostáticos y ginecológicos.

“La capacidad de los dispositivos implantables para medir el microambiente celular puede terminar siendo usado en el cerebro o en el hígado y ¿quién sabe dónde más?” dijo Theodore. “Estamos trabajando sobre la punta de un iceberg muy grande. Realmente creo que este proyecto tiene el potencial para transformar la clínica médica”.