Técnicas pioneras de regeneración cerebral híbrida
Si bien hoy día es factible regenerar partes del cuerpo como la piel, los huesos y los cartílagos, reconstruir el tejido cerebral es mucho más complicado. Por ello, los tratamientos actuales de afecciones como la epilepsia y las lesiones cerebrales tienden a tratar solo los síntomas y no la causa subyacente. Una forma de regenerar el tejido cerebral podría ser injertar células madre en el cerebro hospedador. La idea es que se conviertan en nuevas neuronas sanas. Sin embargo, este método es arriesgado por varias razones. Por ejemplo, las células madre podrían proliferar con rapidez y crecer hasta formar una masa o dar lugar a un tumor.
Injertos biohíbridos de tejido cerebral
El objetivo del proyecto HERMES(se abrirá en una nueva ventana), coordinado por el Instituto Italiano de Tecnología(se abrirá en una nueva ventana), era desarrollar un sistema que permitiera controlar injertos de células madre con dispositivos de ingeniería, ofreciendo así más estabilidad y seguridad. Si se logra, esto podría posibilitar trasplantes viables de tejido cerebral. «Mi idea era desarrollar un injerto de tejido cerebral totalmente biohíbrido, que combinara un componente biológico con un dispositivo neuromórfico de ingeniería, y un componente de inteligencia artificial (IA) para guiar el proceso», explica Gabriella Panuccio, coordinadora del proyecto. «El componente de IA entrena al dispositivo hasta que aprende a “manejar” el injerto biológico en el cerebro. La IA y el dispositivo neuromórfico se “desconectarían” después, una vez que el cerebro se haya curado».
Hospedadores modelo, injertos modelo y sistemas de IA
Así las cosas, demostrar este concepto resultó muy difícil. En la fase «in vivo», fue necesario desarrollar una técnica de neurocirugía mínimamente atraumática para inyectar células madre y biomaterial en forma fluida en el lugar adecuado. «Se trataba de un cultivo de células madre comprometidas a convertirse en neuronas del hipocampo», explica Panuccio. No obstante, los experimentos preliminares en modelos animales ayudaron al equipo a delinear estrategias de neuromodulación (es decir, formas de modificar la actividad del sistema nervioso mediante estimulación eléctrica). Al mismo tiempo, la tecnología «in vitro» permitió a Panuccio demostrar cómo su método biohíbrido podría funcionar en la práctica, con el hospedador modelo, el injerto modelo, el dispositivo neuromórfico y sistema de IA trabajando al unísono. La IA desarrollada era un sistema multiagente, con distintos componentes que servían a diferentes propósitos, pero todos comunicados entre sí. «Un gran hito consistió en poner en marcha toda la arquitectura biohíbrida», comenta Panuccio. «No fue fácil, ya que la tecnología comercial no estaba disponible para apoyar esta investigación en fase inicial».
Estructuras biohíbridas externas
Las demostraciones «in vitro» revelaron cómo los diversos componentes del sistema biohíbrido se comunican y trabajan juntos, con el componente de IA ajustando los parámetros del dispositivo neuromórfico en tiempo real durante la interacción mediada por estimulación eléctrica entre el injerto y el hospedador. «La investigación sobre la regeneración cerebral se encuentra aún en una fase muy temprana», añade Panuccio. «Sigue habiendo dificultades con el injerto y la diferenciación de células madre, así como una serie de preguntas abiertas. Por ejemplo, en este proyecto se desarrollaron dos tipos de injertos modelo: uno epileptógeno (generador de crisis) y otro no epileptógeno. ¿Por qué ocurre esto? ¿Y el injerto no epileptógeno se convertirá en epileptógeno una vez injertado en un cerebro epiléptico?». Como paso intermedio, Panuccio cree que podría utilizarse una estructura biohíbrida externa para comprender mejor cómo podría funcionar la comunicación entre el cerebro y cualquier posible injerto biohíbrido. Panuccio también ha puesto en marcha Neurotronika(se abrirá en una nueva ventana), una empresa emergente de tecnología médica centrada en la aplicación de la neuromodulación simbiótica al tratamiento de la epilepsia.
