•Notícia

• Connectat la tecnologia i la vida, per Josep Anton Planell

Quan el cos humà rep un implant es desencadenen processos físics, químics i biològics d’integració en l’organisme receptor. De vegades es poden produir infeccions, coàguls o una pèrdua local de teixit i aleshores l’implant no té un comportament adequat. Un dels reptes de la bioenginyeria és augmentar la tolerància de l’organisme als biomaterials dels implants i fer que el cos els accepti ràpidament.

“Si implantem un material artificial dintre del cos, volem que el reconegui com a seu.” Així resumeix l’objectiu científic José María Manero, investigador del Centre de Recerca en Enginyeria Biomèdica de la UPC. Una tècnica peraconseguir-ho consisteix a “modificar la superfície del biomaterial, com ara una pròtesi, col·locant-hi molècules orgàniques (proteïnes, pèptids o àcids nucleics) perquè millori la compatibilitat amb l’organisme receptor i esdevingui un element actiu per a la regeneració del teixit o l’òrgan que volem recuperar”, explica Manero. Aquesta tècnica és la biofuncionalització i es basa en un procés observat empíricament: les proteïnes s’adhereixen a la superfície dels implants i aleshores algunes de les cèl·lules que són a prop migren i s’uneixen a aquestes proteïnes. Es tracta d’escollir les més adients per atreure les cèl·lules que interessen, és a dir, les que tenen la capacitat de créixer i crear diversos teixits (ossi, nerviós, adipós). La tria determina clarament el resultat.

“Sabem que si posem fibronectina o col·lagen sobre el titani d’un implant, s’hi pot induir el creixement de teixit ossi”, indica Manero. Però això no ho resol tot. “Una cosa és que biològicament funcioni i una altra que duri”, puntualitza. Efectivament, un dels problemes és que les proteïnes es degraden amb el pas del temps. El grup de Biomaterials, Biomecànica i Enginyeria de Teixits (BIBITE) del CREB, al qual està vinculat aquest investigador, estudia com evitar-ho utilitzant només una quantitat suficient de fragments (seqüències) de proteïna perquè les cèl·lules s’hi adhereixin. D’aquesta manera la degradació s’alenteix. El desavantatge és que, sense la proteïna completa, el creixement de les cèl·lules adherides disminueix. La recerca es focalitza ara a trobar seqüències de proteïnes que no afectin el creixement.

De vegades els implants fallen perquè es contaminen amb bacteris durant la cirurgia. En aquest àmbit, el grup BIBITE estudia com introduir antibiòtics o molècules amb propietats antimicrobianes en els biomaterials. José María Manero veu factible que aquestes aplicacions arribin al mercat en la present dècada i destaca que això suposaria “un salt important en la qualitat de vida de moltes persones”.

L’organisme humà és un sistema molt complex, ple d’informació, que envia contínuament senyals. Però com es poden interpretar correctament? I com es poden distingir els que són significatius dels que no ho són? El grup de Processament i Interpretació de Senyals Biomèdics de la UPC, liderat per Raimon Jané, adscrit a l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), treballa per respondre aquestes qüestions, fent convergir les tecnologies de la informació i la comunicació (TIC) amb la medicina.

“Les tècniques convencionals de diagnòstic es basen en l’estudi de fragments d’informació; nosaltres apostem per una interpretació intel·ligent de senyals fisiològics que permeti obtenir informació clínica que quedava oculta”, explica Jané. El grup de recerca se centra en el processament avançat de biosenyals per millorar el diagnòstic precoç i el monitoratge de malalties cardíaques, respiratòries i de trastorns del son, que solen estar vinculats.
Així, per exemple, símptomes com ara el ronc, les apnees i hipopnees o el patró respiratori poden revelar molt sobre el funcionament cardiorespiratori. Convencionalment, l’observació se sol focalitzar només en la intensitat del ronc, el nombre d’apnees i hipopnees o la freqüència respiratòria. L’equip liderat per Jané desenvolupa millores del diagnòstic basades en l’anàlisi de sons respiratoris, la classificació no invasiva d’hipopnees obstructives o centrals i la modelització del patró respiratori i del ronc.

Recollir més informació és important, però la clau és donar-hi sentit combinant- la amb altres senyals de diferents tipologies. “Així obtenim una visió més àmplia de l’estat del pacient, descobrim causes i efectes i generem nou coneixement mèdic, perquè estudiem interrelacions que mai no s’havien copsat abans”, indica Jané. Les tècniques avançades de tractament de la informació són decisives a l’hora d’establir les connexions significatives. La simplificació és un altre resultat: “Uns quants biosenyals ens poden dir més que molts paràmetres clàssics”, precisa.

Els investigadors del grup col·laboren estretament amb els centres hospitalaris. Segons Jané, “volem donar resposta a les necessitats dels metges en la seva tasca diària; això fa que tractem amb casos reals i així obrim la porta a possibles desenvolupaments de nous equips mèdics”. Aquests avenços porten a un increment de l’eficiència, amb diagnòstics més ràpids i precisos i la consegüent millora de les teràpies. Un aspecte socialment valuós d’aquests nous mètodes és que a mitjà termini poden propiciar un canvi de paradigma en determinats procediments mèdics.

La possibilitat de fer monitoratges i proves avançades amb aparells portàtils obre el camí al point of care, és a dir, a una atenció sofisticada als domicilis. Suposaria un clar benefici per al pacient, però també per al sistema de salut en un context en què els costos es troben en el punt de mira.

Des de fa alguns anys els robots també tenen una funció rellevant fora de les cadenes de muntatge en àmbits com ara la salut humana. Aquesta és l’orientació de la tasca del grup de Robòtica Intel·ligent i Sistemes de la UPC, adscrit a l’IBEC. Alícia Casals, líder del grup, explica per què aquest equip ha passat de la robòtica industrial a la dels serveis i, finalment, a l’assistència a les persones: “La indústria plantejava certes limitacions per a la nostra recerca, mentre que la salut obria un ventall d’oportunitats.” Entre un camp i l’altre hi ha una diferència fonamental: “A la fàbrica hi ha reixes entre persones i robots per raons de seguretat; en canvi, en el món de la salut el pacient i la màquina han d’estar necessàriament en contacte.”

A banda de les tècniques de suport a la cirurgia, el grup participa, amb altres socis, en el projecte HYPER, que té com a objectiu que les persones amb discapacitats motrius adquireixin la màxima autonomia possible gràcies a la robòtica. La recerca se centra a desenvolupar ortesis per a les extremitats que el pacient pugui activar amb la simple voluntat. Aquestes ortesis robòtiques han incorporat prèviament modelitzacions del moviment humà perquè funcionin correctament. En la concepció i el disseny dels assistents robòtics s’ha de considerar una àmplia gamma de possibilitats. “Cada persona és única i demana una solució individualitzada”, subratlla Casals. Quan el cos ja no pot fer mai més un moviment, cal un ajut mecànic complet. Però per a la rehabilitació es necessita un sistema sofisticat que vagi modificant l’assistència de manera intel·ligent. “Si al principi del procés no et pots aguantar dret, el sistema robòtic ha d’aguantar tot el teu pes, però cada vegada una mica menys; ha de fer només el que tu no pots fer, altrament no hi haurà recuperació”, assenyala.

No és convenient que el robot s’encarregui completament d’una acció determinada perquè aleshores la persona la farà de forma passiva i la capacitat quedarà inhibida en el cervell. “També podem dissenyar el robot perquè t’estimuli o et freni, i fins i tot perquè et posi en dificultats, de manera que t’obligui a esforçar-te, sempre sota les indicacions del terapeuta”, explica la investigadora. Aquestes estratègies milloren la capacitat física i, indirectament, la del cervell.

El grup liderat per Alícia Casals té un ampli horitzó al davant: recórrer el camí aprofundint en el seu àmbit, la robòtica, en diàleg permanent amb metges, neuròlegs, terapeutes especialitzats en neurorehabilitació i psicòlegs. “Hem d’avançar empíricament a mesura que ens anem trobant amb els problemes”, destaca la investigadora. Aquest és l’esperit de la bioenginyeria, en què no hi ha solucions definitives, sinó desafiaments que s’aborden en cada moment de manera interdisciplinària.