•Noticia

Cuando el cuerpo humano recibe un implante se desencadenan procesos físicos, químicos y biológicos de integración en el organismo receptor. A veces, se pueden producir infecciones, coágulos o una perdida local de tejido i entonces el implante no tiene un comportamiento adecuado. Uno de los retos de la bioingeniería es aumentar la tolerancia del organismo a los biomateriales de los implantes y hacer que el cuerpo los acepte rápidamente.

“Si implantamos un material artificial dentro del cuerpo, queremos que lo reconozca como suyo.” Así resume el objetivo científico José María Manero, investigador del Centro de Investigación en Ingeniería Biomédica de la UPC. Una técnica para conseguirlo consiste en “modificar la superficie del biomaterial, como una prótesis, colocando moléculas orgánicas (proteínas, péptidos o ácidos nucleidos) para que mejore la compatibilidad con el organismo receptor y se convierta en un elemento activo para la regeneración del tejido o el órgano que queremos recuperar”, explica Manero.
Esta técnica es la biofuncionalización y se basa en un proceso observado empíricamente: las proteínas se adhieren a la superficie de los implantes y entonces algunas células que están cerca migran y se unen a esas proteínas. Se trata de escoger las más adecuadas para atraer las células que interesen, es decir, las que tengan la capacidad de crecer y crear diversos tejidos (óseo, nervioso, adiposo). La elección determina claramente el resultado.

“Sabemos que si ponemos fibronectina o colágeno sobre el titanio de un implante, se puede inducir el crecimiento del tejido óseo”, indica Manero. Pero esto no lo resuelve todo. “Una cosa es que biológicamente funcione y la otra que dure”, puntualiza.
Efectivamente, uno de los problemas es que las proteínas se degraden con el paso del tiempo. El grupo de Biomateriales, Biomecánica e Ingeniería de Tejidos (BIBITE) del CREB, al cual está vinculado este investigador, estudia cómo evitarlo utilizando sólo una cantidad suficiente de fragmentos (secuencias) de proteína para que las células se adhieran. De este modo la degradación se ralentiza. La desventaja es que, sin la proteína completa, el crecimiento de las células adheridas disminuye. La investigación se focaliza ahora en encontrar secuencias de proteínas que no afecten al crecimiento.

A veces los implantes fallan porque se contaminan con bacterias durante la cirurgía. En este ámbito, el grupo BIBITE estudia como introducir antibióticos o moléculas con propiedades antimicrobianas en los biomateriales. José María Manero hace factible que estas aplicaciones lleguen al mercado en la presetne década y destaca que esto supondría “un salto importante en la calidad de vida de muchas personas”.

El organismo humano es un sistema muy complejo, lleno de información, que envía continuamente señales. ¿Pero cómo se pueden interpretar correctamente? ¿Y cómo se pueden distinguir los que son significativos de los que no lo son? El grupo de Procesamiento e Interpretación de Señales Biomédicos de la UPC, liderado por Raimon Jané, adscrito al Instituto de Bioingeniería de Catalunya (IBEC), trabaja para responder estas cuestiones, haciendo converger las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) con la medicina.

“Las técnicas convencionales de diagnóstico se basan en el estudio de fragmentos de información; nosotros apostamos por una interpretación inteligente de señales fisiológicas que permitan obtener información clínica que quedaba oculta”, explica Jané.
El grupo de investigación se centra en el procesamiento avanzado de bioseñales para mejorar el diagnóstico precoz y la monitorización de enfermedades cardiacas, respiratorias y de trastornos del sueño, que suelen estar vinculadas.

Así, por ejemplo, síntomas como el ronquido, las apneas e hipopneas o el patrón respiratorio pueden revelar mucho sobre el funcionamiento cardiorespiratorio. Convencionalmente, la observación se suele focalizar sólo en la intensidad del ronquido, el número de apneas e hipopneas o la frecuencia respiratoria. El equipo liderado por Jané desarrolla mejoras del diagnóstico basadas en el análisis de sonidos respiratorios, la clasificación no invasiva de hipopneas obstructivas o centrales y la modelización del patrón respiratorio y del ronquido.

Recoger más información es importante, pero la clave es darle sentido combinándola con otras señales de diferentes tipologías. “Así obtenemos una visión más amplia del estado del paciente, descubrimos causas y efectos y generamos nuevo conocimiento médico, porque estudiamos interrelaciones que nunca antes se habían identificado”, indica Jané. Las técnicas avanzadas de tratamiento de la información son decisivas a la hora de establecer las conexiones significativas. La simplificación es otro resultado: “Unas cuantas bioseñales nos pueden decir más que muchos parámetros clásicos”, precisa.

Los investigadores del grupo colaboran estrechamente con los centros hospitalarios. Según Jané, “queremos dar respuesta a las necesidades de los médicos en su tasca diaria; esto hace que tratemos con casos reales y así abramos la puerta a posibles desarrollos de nuevos equipos médicos”. Estos avances llevan a un incremento de la eficiencia, con diagnósticos más rápidos y precisos y la consecuente mejora de las terapias.

Otro aspecto socialmente valuoso de estos nuevos métodos es que a término medio pueden propiciar un cambio de paradigma en determinados procedimientos médicos.

La posibilidad de hacer monitorizaciones y pruebas avanzadas con aparatos portátiles abre el camino al point of care, es decir, a una atención sofisticada en los domicilios. Supondría un claro beneficio para el paciente, pero también para el sistema de salud en un contexto en que los costes se encuentran en el punto de mira.

Desde hace algunos años los robots también tienen una función relevante fuera de las cadenas de montaje en ámbitos como la salud humana. Ésta es la orientación de la labor del grupo de Robótica Inteligente y Sistemas de la UPC, adscrito al IBEC. Alícia Casals, líder del grupo, explica porqué este equipo ha pasado de la robótica industrial a la de servicios y, finalmente, a la asistencia a las personas: “La industria planteaba ciertas limitaciones para nuestra investigación, mientras que la salud abría un abanico de oportunidades.” Entre un campo y el otro hay una diferencia fundamental: “En la fábrica hay rejas entre personas y robots por razones de seguridad; en cambio, en el mundo de la salud el paciente y la máquina tienen que estar necesariamente en contacto.”

A parte de las técnicas de apoyo a la cirugía, el grupo participa, con otros socios, en el proyecto HYPER, que tiene como objetivo que las personas con discapacidades motrices adquieran la máxima autonomía posible gracias a la robótica. La investigación se centra en desarrollar ortesis para las extremidades que el paciente pueda activar con la simple voluntad. Estas ortesis robóticas han incorporado previamente modelizaciones del movimiento humano para que funcionen correctamente. En la concepción y el diseño de los asistentes robóticos se tiene que considerar una amplia gama de posibilidades. “Cada persona es única y pide una solución individualizada”, subraya Casals. Cuando el cuerpo ya no puede hacer nunca más un movimiento, hace falta una ayuda mecánica completa. Pero para la rehabilitación se necesita un sistema sofisticado que vaya modificando la asistencia de manera inteligente. “Si al principio del proceso no te puedes aguantar derecho, el sistema robótico tiene que aguantar todo tu peso, pero cada vez un poco menos; debe hacer sólo lo que tú no puedes hacer, de otro modo, no habrá recuperación”, señala.

No es conveniente que el robot se encargue completamente de una acción determinada porque la persona la hará de forma pasiva y la capacidad quedará inhibida en el cerebro. “También podemos diseñar el robot para que te estimule o te frene, incluso para que te ponga en dificultades, de manera que te obligue a esforzarte, siempre bajo las indicaciones del terapeuta”, explica la investigadora. Estas estrategias mejoran la capacidad física e, indirectamente, la del cerebro.

El grupo liderado por Alícia Casals tiene un amplio horizonte delante: recorrer el camino profundizando en su ámbito, la robótica, en diálogo permanente con médicos, neurólogos, terapeutas especializados en neurorehabilitación y psicólogos. “Tenemos que avanzar empíricamente a medida que nos vamos encontrando con problemas”, destaca la investigadora. Este es el espíritu de la bioingeniería, en que no hay soluciones definitivas, sino desafíos que se abordan en cada momento de manera interdisciplinaria.