Desde manos y brazos robóticos hasta bombas cardíacas blandas, biomateriales, músculos impresos en 3D y más, los rápidos avances en robótica y biotecnología están dando lugar a nuevas técnicas para reparar el cuerpo humano.
Un accidente o una enfermedad pueden significar aprender a vivir con una extremidad faltante, un órgano defectuoso o tejido, huesos o articulaciones dañados. Investigadores de la EPFL y de otros centros trabajan en nuevas soluciones para hacer la vida más cómoda a millones de personas afectadas en todo el mundo.
El Laboratorio de Ingeniería Neural Traslacional de la EPFL, dirigido por Silvestro Micera, se ha consolidado durante más de una década, especialmente por su trabajo en prótesis de mano. En 2023, el grupo de investigación dio un gran paso adelante al desarrollar un nuevo método de retroalimentación sensorial que utiliza electrodos térmicos no invasivos para que las personas amputadas sientan calor en la mano amputada. «La retroalimentación térmica es esencial para transmitir información que va más allá del tacto», declaró Micera en aquel momento. «Genera sentimientos de afecto. Somos seres sociales y el calor es una parte importante de ello».
El bioingeniero de TNE, Vincent Méndez, quien trabaja en el Campus Biotech de Ginebra, es uno de los investigadores a la vanguardia de la innovación en este campo: «Actualmente, nuestro grupo trabaja en una prótesis que incorpora toda la tecnología y las capacidades que hemos desarrollado en los últimos años: sensaciones táctiles y de calor, además de componentes robóticos», afirma. «En cuanto al tacto, nos hemos asociado con colegas de la Scuola Superiore Sant’Anna de Pisa (Italia). Han desarrollado un nuevo sistema no invasivo que, en lugar de depender de implantes nerviosos, utiliza miniglobos que se inflan dentro de la interfaz de fijación, tocando la piel en puntos específicos y creando la ilusión de que se está tocando la mano fantasma».
Manos artificiales controladas por el pensamiento
Durante los últimos seis años, Méndez se ha centrado especialmente en el tema del control, trabajando con pacientes para desarrollar sistemas que controlen manos robóticas con la mente. «Usamos electrodos en el antebrazo para medir la actividad muscular», explica. «Eso nos permite descifrar e interpretar las señales que transmiten. El objetivo es traducir la intención de la persona en un movimiento intuitivo y natural». Méndez espera que un prototipo que incorpore la nueva tecnología esté listo en 2026.
Otro investigador de TNE es Daniel Leal, neuroingeniero que participa en el Proyecto del Tercer Brazo, cuyo objetivo es desarrollar un brazo robótico adicional. Además de restaurar algunas funciones a personas que han perdido el uso de sus extremidades superiores, el sistema también podría ser útil para personas sin discapacidad, ayudándolas a realizar múltiples tareas o a realizar operaciones médicas o de rescate delicadas. «Uno de los retos es encontrar la manera de controlar el brazo adicional utilizando recursos motores que normalmente se asignan a otras funciones corporales, sin interrumpirlas», afirma Leal. «Nuestro trabajo consiste en aprovechar las redundancias naturales inherentes al cuerpo humano».
El grupo de investigación está explorando si los brazos robóticos podrían controlarse moviendo el diafragma o las orejas. «Los músculos de las orejas son vestigiales, remanentes de procesos evolutivos. La mayoría de las personas ya no pueden usarlos», afirma Leal. «Pero las conexiones neuronales aún existen, por lo que podemos entrenar al cerebro para reasignarlas. Una ventaja de estos músculos es que aún se pueden conservar en la mayoría de los casos de lesión medular grave, lo que los convierte en objetivos adecuados para el control neuroprotésico».
Hidrogeles: un potencial prometedor para la curación de tejidos blandos
Afortunadamente, no todos los accidentes implican la pérdida de una extremidad. Las lesiones sufridas en casa o al practicar deporte suelen afectar tejidos blandos como la piel, los tendones y los músculos. Pero incluso una cirugía menor puede tener resultados dispares, ya que este tejido tiende a regenerarse y cicatrizar mal. Los investigadores llevan décadas intentando desarrollar adhesivos capaces de soportar las tensiones del cuerpo humano en movimiento. En el Laboratorio de Ortopedia Biomecánica (LBO) de la EPFL, Dominique Pioletti y su equipo trabajan en una nueva clase de hidrogeles: biomateriales inyectables que pueden unirse a los tejidos y favorecer su regeneración.
Como explica Pioletti, los hidrogeles ofrecen varias ventajas clave: «Al igual que el tejido blando, los hidrogeles consisten en una matriz de moléculas que contiene un líquido en su interior. Otra ventaja es que pueden inyectarse en forma líquida y solidificarse parcialmente posteriormente, por ejemplo, en respuesta a la luz, lo que significa que pueden usarse de forma mínimamente invasiva».
Actualmente, los investigadores del LBO se centran principalmente en la reparación de defectos de cartílago. «Nuestros colegas del Hospital Universitario de Lausana (CHUV) tratan las lesiones de cartílago extrayendo células del paciente, expandiéndolas en el laboratorio y reinsertándolas para promover su regeneración», explica Pioletti. «Por ahora, estas células se inyectan con un líquido, lo que causa algunos problemas, sobre todo para mantenerlas en su lugar. Pero si se insertan en un gel que se adhiere al cartílago, las células permanecerán donde deben estar, lo que se traduce en mejores resultados terapéuticos. El gel protegerá y se fusionará con el tejido existente».
Tratar el cartílago dañado —un tipo de tejido cuya textura, según Pioletti, es como la de un chicle— es prácticamente una carrera contrarreloj: «Si no se protege la zona dañada, el cuerpo forma lo que se conoce como fibrocartílago. Este tejido fibroso desorganizado permanece en la zona dañada, impidiendo que vuelva a crecer cartílago de mejor calidad. Sin embargo, un hidrogel rellenará el hueco, permitiendo que el tejido se regenere». Uno de los principales retos de este enfoque es predecir la velocidad de degradación del hidrogel.
Pioletti espera tener listo un producto comercialmente viable en aproximadamente cinco años. También participó en la creación de la startup flowbone de la EPFL.
Piel y músculo en 3D
LBO no es el único grupo de investigación que lleva a cabo investigaciones pioneras sobre hidrogeles. A principios de este año, científicos de los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales (Empa) utilizaron gelatina derivada de peces de aguas frías como el bacalao y el abadejo para desarrollar un biomaterial patentado, innovador y no hinchable que puede imprimirse en 3D con células cutáneas para crear modelos vivos. El hidrogel simula la matriz extracelular y emula la estructura estratificada de la piel humana, lo que permite a los científicos estudiar enfermedades y heridas crónicas. También podría utilizarse como material de apósito: es biológicamente compatible y provoca menos reacciones inmunitarias que materiales comparables basados en gelatina de mamíferos.
Otro equipo de Empa utiliza la impresión 3D para producir músculos artificiales. En marzo de este año, los investigadores anunciaron un avance significativo: estas estructuras podrían algún día «dar soporte a las personas en el trabajo o al caminar, o reemplazar tejido muscular lesionado». Los músculos artificiales contienen actuadores elásticos dieléctricos (DEA), que son capas entrelazadas de materiales a base de silicona: una conductora y la otra no conductora. El actuador se contrae como un músculo al aplicar una tensión eléctrica y se relaja al desconectarla.
Sanando corazones y difundiendo sonrisas
Los DEA desempeñan un papel fundamental en el trabajo de Yves Perriard, microingeniero del campus de la EPFL en Microcity, Neuchâtel. Las dos entidades que dirige —el Laboratorio de Actuadores Integrados (LAI) y el Centro de Músculos Artificiales (CAM)— colaboran con ingenieros de la Universidad de Zúrich, la Universidad de Berna y la Universidad Técnica de Múnich para desarrollar motores y componentes robóticos blandos que puedan asistir a personas con enfermedades o lesiones.
Mediante su investigación centrada en el corazón, o más exactamente, en la aorta, los científicos esperan revolucionar el tratamiento de la insuficiencia cardíaca. «Actualmente, al implantar una bomba artificial, es necesario colocar componentes rígidos como metales e imanes dentro del corazón», afirma Perriard. «Nuestro objetivo es crear algo suave y mucho menos invasivo: una bomba que no entre en contacto directo con la sangre ni entre en el corazón».
El equipo de Perriard ha desarrollado un DEA en forma de anillo que se coloca en la aorta, donde se une al corazón. «El anillo se expande y se contrae», explica. «Al sincronizarlo con la apertura y el cierre de la válvula aórtica, podemos crear un efecto de succión que ayuda al corazón a bombear».
El método tuvo éxito durante los ensayos in vitro iniciales en cerdos, realizados en 2021 y 2022. «Y el año pasado, hicimos un descubrimiento que abrió un nuevo mundo de posibilidades», afirma Perriard. «Al crear un espacio de aire alrededor de la DEA, pudimos amplificar su efecto casi diez veces. En lugar de simplemente ayudar al corazón a latir, este sistema podría, de hecho, reemplazarlo por completo». El equipo ya ha patentado esta tecnología propia. «Estamos cada vez más cerca de poder realizar ensayos en humanos», afirma Perriard.
Los laboratorios de Perriard también colaboran con el grupo de investigación de Nicole Lindenblatt en el Hospital Universitario de Zúrich en tratamientos de reanimación facial. «Nuestro objetivo es ayudar a las personas que sufren parálisis facial», explica. «Esta afección, que a menudo afecta solo un lado de la cara, puede estar causada por virus que atacan los nervios. Nuestro sistema consiste en conectar una DEA plana y extremadamente delgada al músculo cigomático mayor, debajo de la mejilla. Está controlada por un dispositivo electrónico que lee e interpreta las señales nerviosas, restaurando la capacidad del paciente para levantar la comisura de la boca». Estos avances, y otros similares, están destinados a devolver la sonrisa a millones de rostros.
Este artículo se publicó en la edición de junio de 2025 de Dimensions, revista de la EPFL que presenta investigaciones de vanguardia a través de una serie de artículos a fondo, entrevistas, reseñas y noticias destacadas. Se publica cuatro veces al año, tanto en inglés como en francés, y puede enviarse a cualquier persona que desee suscribirse , así como a los miembros colaboradores del Club de Antiguos Alumnos de la EPFL . También se distribuye gratuitamente en los campus de la EPFL.
EPFL News. G. W. Traducido al español
