A través de las unidades organizacionales intramuros y extramuros, el NICHD apoya y realiza una variedad de investigaciones sobre las lesiones de la médula espinal (SCI por sus siglas en inglés), especialmente en el área de la rehabilitación. Abajo encontrará descripciones breves de algunas de estas investigaciones.
Avances y actividades del Instituto
Diversas unidades organizacionales del NICHD apoyan investigaciones y otras actividades relacionadas con el desarrollo de la médula espinal y sus lesiones.
- El Centro Nacional para la Investigación de la Rehabilitación Médica (NCMRR por sus siglas en inglés)
del NICHD es la principal entidad del NICHD en apoyar las investigaciones para profundizar la comprensión de tratamientos y dispositivos para asistir el movimiento en pacientes con SCI. - El Departamento de Perinatología y Embarazo (PPB por sus siglas en inglés) del NICHD apoya estudios para comprender y tratar los defectos de nacimiento que afectan la médula espinal, como la espina bífida.
- La División de Investigación Intramuros sobre la Salud de la Población (DIPHR por sus siglas en inglés) del NICHD apoya y realiza investigaciones vinculadas al desarrollo humano y la salud de la médula espinal mediante estudios de los nutrientes en la prevención de los defectos de nacimiento. Por ejemplo, los estudios están investigando la importancia del ácido fólico en la prevención de los defectos del tubo neural.
- Investigadores de la División de Investigación Intramuros (DIR por sus siglas en inglés) están desarrollando métodos para mejorar la obtención de imágenes del sistema nervioso central. Estos métodos ayudarán no solo a estudiar los patrones normales del desarrollo, sino también a evaluar y estudiar las SCI y las enfermedades de la médula espinal.
Algunos hallazgos recientes relacionados con las SCI se describen abajo.
El folato promueve la recuperación en las SCI
Según un estudio de laboratorio financiado por el NCMRR del NICHD y otros tres Institutos de los NIH, el folato, una vitamina B, al parecer estimula la recuperación del tejido de la médula espinal dañado en ratas al desencadenar un cambio en el ADN. Cuanto más grandes eran las dosis de folato administradas por los investigadores (hasta un máximo de 80 microgramos de vitamina B por kilo de peso corporal), mayor era el crecimiento de axones. Los científicos descubrieron que el folato impulsaba un proceso intracelular en el que el ADN se alteraba superficialmente al agregarse compuestos químicos conocidos como grupos metilo. Este proceso bioquímico natural se llama metilación del ADN. El crecimiento de axones en las ratas sugiere que investigaciones adicionales sobre el metabolismo del folato y la metilación del ADN podrían abrir nuevos caminos para curar las médulas espinales dañadas, sin mencionar la recuperación de otras formas de trauma en el tejido nervioso, como por ejemplo en el cerebro. La investigación representa un avance en el nuevo campo de la epigenética, en el que se realizan cambios en el ADN para alterar su funcionamiento sin cambiar la estructura de los genes, un ejercicio en apariencia contraintuitivo, dada la largamente establecida idea de que la única manera de cambiar la función del ADN es alterar su composición mediante una mutación.
Los investigadores fueron un paso más adelante e investigaron cómo el folato repara el tejido nervioso dañado. Encontraron que los axones traumatizados comienzan a producir receptores superficiales para el folato. El folato es atraído por los receptores y encaja en ellos como una mano en un guante. Luego es absorbido hacia dentro del axón. Luego de absorber el folato, las células nerviosas comienzan a producir enzimas que fijan los grupos metilos al ADN. Los científicos encontraron que cuando se bloquea químicamente la unión del folato a las células nerviosas, o se bloquean las enzimas que llevan a cabo la metilación, el proceso de curación de los nervios comienza a detenerse.1
Control cerebral de sillas de rueda, prótesis y computadoras
Los investigadores que recibieron una subvención del NCMRR, el cual es parte del NICHD, demostraron que un pequeño conjunto de microelectrodos implantados en la corteza cerebral puede ayudar a una persona con tetraplejia a controlar de manera repetida y precisa la interfaz de una computadora mediante un sistema de "señalar y dar clic" casi 3 años después de la implantación del dispositivo. El objetivo de estos investigadores, que están trabajando en un ensayo clínico con humanos en el Hospital General de Massachusetts en Boston, era lograr avances en el desarrollo de un sistema llamado BrainGate2 que puede ayudar a las personas con SCI y otras lesiones del sistema nervioso a convertir los impulsos del cerebro en señales eléctricas que puedan controlar dispositivos externos como computadoras, sillas de ruedas y prótesis, o apéndices robóticos. Durante 5 días, los científicos probaron un conjunto de 100 microelectrodos de 4×4 mm, que había sido implantado 1.000 días antes en la corteza motora de un paciente con tetraplejia de larga data consecuencia de un infarto del tallo cerebral. En esos 5 días, se obtuvieron señales fuertes de 41 de 96 electrodos, las cuales pudieron descodificarse de manera exitosa para permitir el control de un cursor neural de tipo "señalar y dar clic" (point-and-click) con una media de rendimiento en el alcance correcto del objetivo del 91,3% ± 0,1% (media ± desviación estándar).
El objetivo final del sistema BrainGate2 es ayudar a las personas con SCI, accidentes cerebrovasculares, distrofia muscular, esclerosis lateral amiotrófica, pérdida de extremidad u otros problemas graves de salud a restablecer su movilidad e independencia. Además del sensor implantado en el cerebro que graba señales vinculadas directamente al movimiento de la extremidad imaginado, el sistema consiste en un decodificador que incluye un conjunto de computadoras y software integrado que convierte las señales del cerebro en un comando útil para un dispositivo externo. El dispositivo puede ser una computadora de escritorio estándar u otro dispositivo de comunicación, una silla de ruedas eléctrica o un miembro prostético o robótico.
Al trabajar de manera conjunta, los componentes del sistema pueden convertir el pensamiento en acción. Por ejemplo, el usuario piensa que mueve un cursor en una computadora, y el cerebro emita una señal que es capturada por el sensor implantado. El sensor le envía una señal al decodificador, que la traduce en un comando para que la computadora mueva el cursor.2
Fortalecer los músculos de las piernas de los pacientes con una lesión de la médula espinal a través de la estimulación eléctrica
Según un pequeño estudio longitudinal realizado en el Departamento de Biología Celular de la Escuela de Medicina de la Universidad de Emory, Atlanta, la masa, la fuerza y la resistencia de los cuádriceps de las personas con tetraplejia y paraplejia podrían aumentar considerablemente mediante la estimulación eléctrica de los nervios y músculos de la zona, combinada con ejercicios de resistencia. Durante el estudio, las personas a cargo del experimento también midieron el diámetro de la arteria femoral y el flujo sanguíneo.
En el estudio, cinco pacientes masculinos de entre 31 y 41 años que tenían parálisis completa crónica por debajo del nivel de la lesión (vértebra C5 a T10) realizaron un entrenamiento de resistencia con estimulación eléctrica neuromuscular (NMES por sus siglas en inglés) de 18 semanas en el hogar. Estando sentados, los participantes entrenaron el grupo muscular de los cuádriceps dos veces a la semana con cuatro sets de 10 extensiones dinámicas de rodilla con resistencia. Las medidas se tomaron antes de comenzar el entrenamiento y a las 8, 12 y 18 semanas de comenzado. Se utilizó ultrasonido para medir el diámetro de la arteria femoral y el flujo sanguíneo. El flujo sanguíneo se midió antes de iniciar el ejercicio y, posteriormente, a los 5 y 10 minutos de obstruir la circulación de la sangre mediante un brazalete, así como durante un protocolo de fatiga con ejercicios isométricos y estimulación eléctrica de 4 minutos de duración.
El entrenamiento permitió aumentos sustanciales de la masa muscular y de la capacidad para levantar peso, así como un 60% de reducción de la fatiga muscular. Sin embargo, el entrenamiento no aumentó el diámetro de la arteria femoral ni el volumen del flujo sanguíneo, los cuales tienden a disminuir en las lesiones de la médula espinal (SCI por sus siglas en inglés).
En resumen, el entrenamiento de resistencia NMES mejoró el tamaño de los músculos y redujo la fatiga sin un aumento correspondiente del suministro de sangre. Esto sugiere que los efectos de las SCI en el tamaño de la arteria y en el flujo sanguíneo no están directamente vinculados con la masa muscular y la resistencia a la fatiga. El estudio también muestra que se puede mejorar la fatiga muscular en los pacientes con SCI sin que haya un aumento del diámetro arterial o de la capacidad del flujo sanguíneo.3
Capacitar a un investigador clave para estudiar la población con lesiones de la médula espinal en comunidades de alto riesgo
Una subvención de 5 años del NICHD permite que enfermeros registrados con un doctorado puedan acceder a la capacitación, la tutoría y el apoyo académicos necesarios para convertirse en investigadores independientes y calificados en lesiones de la médula espinal (SCI por sus siglas en inglés), a la vez que sirve de ayuda a las personas que viven con una SCI. Al terminar la capacitación, se espera que los candidatos creen y supervisen un ensayo aleatorizado y controlado (RCT por sus siglas en inglés) de amplio alcance que se centre en personas con una SCI de comunidades locales donde los residentes tienen alto riesgo de sufrir este tipo de lesiones. Se prevé que este proyecto de investigación brinde datos empíricos para desarrollar programas que mejoren la salud y la calidad de vida de esta población vulnerable.
La capacitación se realizará en la Universidad de Medicina de Carolina del Sur en Charleston, un centro que cuenta con expertos sénior en investigaciones participativas comunitarias (CBPR por sus siglas en inglés), investigaciones sobre disparidades en la salud e investigaciones aplicadas a las SCI. El candidato se pondrá en contacto con tutores que tienen conocimientos complementarios en la medición e interpretación de los resultados de salud, en resultados sociales después de una SCI y en el desarrollo e implementación de RCT de intervenciones comunitarias para la promoción de la salud en poblaciones vulnerables que utilicen un enfoque CBPR. El equipo a cargo de la tutoría será responsable de controlar el progreso del candidato durante los 5 años de programa.
El proyecto de investigación planificado, que se realizará en asociación con un centro local de asistencia para una vida independiente, así como con la Universidad de Carolina del Sur, incluirá estrategias para identificar y abordar los obstáculos en el entorno físico y social que afectan la salud después de una SCI. Los objetivos generales son reducir las rehospitalizaciones y el desarrollo de enfermedades secundarias, mejorar la participación de la comunidad en el programa y aumentar el grado de satisfacción con la vida luego de una SCI. El estudio está utilizando un enfoque nuevo que consiste en trabajar con pares asesores que sean parte de la comunidad y que tengan una SCI. Estos asesores trabajarán de manera proactiva para reducir los obstáculos y facilitar el acceso a los cuidados de salud y demás servicios comunitarios de otras personas de la comunidad con SCI. (NIH/NICHD K23. Fechas para el proyecto: 2/01/2010 a 3/31/2015. Susan Newman, Ph.D., RN, CRRN. Nº. Proyecto/Subvención 5K23HD062637-03)
Micro imágenes del tejido nervioso vivo
Los científicos del NICHD en la Sección sobre Biofísica y Biomimética de la DIR inventaron una técnica innovadora para la visualización de tejido vivo conocida como imágenes de resonancia magnética con tensor de difusión (DTI por sus siglas en inglés). Esta técnica permite a los investigadores comprender mejor la función y organización del sistema nervioso central en su estado normal, enfermo y lesionado, y por lo tanto contribuye a mejorar el diagnóstico de los trastornos neurológicos y del desarrollo. La DTI mide cómo el agua se desliza por pendientes en tres direcciones. El agua siempre toma el camino de menor resistencia, incluso cuando viaja a través de estructuras biológicas como las membranas celulares. Al tomar imágenes del camino y del ritmo en que fluye el agua del biosistema en pequeñas unidades tridimensionales llamadas vóxeles, puede construirse una imagen altamente detallada de las microestructuras normales y anormales de los nervios. La "fotografía" resultante luce como las "manchas" de tejido en una diapositiva de laboratorio, pero estas fotos se "revelan" sin tintas ni agentes de contraste químicos.
La DTI es la mejor técnica de imagenología que existe actualmente para identificar regiones isquémicas en el cerebro durante un accidente cerebrovascular agudo. También se utiliza para hacer un seguimiento de los cambios en la materia blanca que se esté desarrollando de manera normal o anormal, entre ellos la desmielinización, la pérdida de la capa de mielina en los axones que suele ocurrir en las SCI. Los investigadores del NICHD también fueron pioneros en el uso de mapas a color derivados de la DTI a fin de codificar la orientación de las fibras nerviosas. Un ejemplo de este tipo de trabajo, publicado en 2006 en la American Journal of Neuroradiology (Revista Americana de Neuroradiología), puede encontrarse en: http://www.ajnr.org/content/27/4/786.full?ref=starshemale.com 
Más recientemente, científicos del NICHD inventaron y desarrollaron varios métodos avanzados de resonancia magnética de tejidos vivos para medir las características microestructurales de los fascículos nerviosos, que son grupos o tractos de células o fibras nerviosas. Anteriormente, estos fascículos solo se podían medir mediante una microscopía óptica, y solo mediante trabajosos métodos histológicos con tejidos muertos. Recientemente, los científicos también desarrollaron un método de DTI para medir la distribución del diámetro de los axones dentro de fascículos grandes de la materia blanca, y llamó a este métodoAxCaliber IRM. Recientemente, tras cuidadosos estudios de validación, los investigadores informaron sobre la primera medición in vivo de la distribución del diámetro de los axones dentro del cuerpo calloso del cerebro de un roedor. Esta medición es importante desde el punto de vista neurofisiológico y del desarrollo porque el diámetro del axón determina la velocidad de la conducción de los nervios y, por lo tanto, la tasa de transferencia de información por las vías nerviosas. Lea el artículo en: https://science.nichd.nih.gov/confluence/download/attachments/117212440/barazanybasserassaf_brain09.pdf (PDF - 902 KB).
Comprender la lesión de la medula espinal y la pérdida de masa ósea
Las personas que sufren una lesión de la médula espinal con frecuencia tienen el problema agregado de la osteoporosis y la pérdida de masa ósea. Como consecuencia, los pacientes con una lesión de la médula espinal son más propensos a sufrir fracturas y otras complicaciones médicas graves como dolores más fuertes, amputación y hospitalización prolongada para el tratamiento. Lamentablemente, el no saber qué causa la osteoporosis vinculada a una lesión de la médula espinal dificulta el diagnóstico, el tratamiento y la prevención de la enfermedad. En estudios de corto plazo con animales, la pérdida de hueso se asoció con un aumento de una proteína específica llamada esclerostina. Para evaluar si los resultados de esta investigación podían llevar a encontrar nuevas maneras de ayudar a las personas con una lesión en la médula espinal, los científicos estudiaron esta proteína en un grupo de hombres que habían sufrido una lesión de la médula espinal al menos dos años antes.
Los resultados de los estudios con animales anteriores sugerían que los investigadores podían encontrar niveles altos de la proteína esclerostina en los pacientes con una lesión de la médula espinal completa que no podían caminar. Sin embargo, los científicos descubrieron lo contrario —que la cantidad de esta proteína era significativamente más baja en los hombres que estaban confinados a una silla de ruedas, en comparación con los que sí podían caminar. Además, los investigadores encontraron que los hombres con una lesión de la médula espinal que podían caminar tenían niveles de esclerostina muy similares a los de los hombres que no tenían una lesión en la médula espinal. Los científicos manejaron la teoría de que la esclerostina podría aumentar poco después de la lesión de la médula espinal, cuando hay una pérdida rápida de masa ósea, y luego caer a un nivel bajo una vez que el daño ya estuviera casi hecho. Es necesario realizar investigaciones adicionales para determinar si la esclerostina es simplemente un marcador de la osteoporosis o si bloquear los efectos de la proteína enseguida después de la lesión podría ayudar a prevenir o reducir la pérdida de masa ósea a largo plazo.4
Otros avances y actividades
Para alcanzar sus objetivos de investigación sobre las lesiones de la médula espinal el NICHD apoya diversas actividades adicionales. Algunas de estas actividades se gestionan a través de las unidades del Instituto; otras son parte de iniciativas que abarcan a todos los NIH o iniciativas de colaboración en las que participa el NICHD. Algunas de estas actividades se mencionan abajo:
- La Red de Infraestructura para la Investigación de la Rehabilitación Médica (MRRIN por sus siglas en inglés) , financiada a través de la NCMRR, el Instituto Nacional de Enfermedades Neurológicas y Accidentes Cerebrovasculares (NINDS por sus siglas en inglés) y el Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas (NIBIB por sus siglas en inglés), construye infraestructura para la rehabilitación médica. La Red brinda a los investigadores acceso a tecnologías, cursos y talleres, así como a especialistas, y otras oportunidades de colaboración con disciplinas afines como la neurociencia, la ingeniería, la conducta aplicada y las ciencias sociales. La Red brinda a los investigadores sobre rehabilitación acceso a recursos para estudiar una amplia variedad de enfermedades, incluidas las SCI, los accidentes cerebrovasculares y los traumatismos cerebrales, los trastornos musculoesqueléticos y articulares, los trastornos del desarrollo y los trastornos degenerativos.
- Entre sus muchas actividades, la NCMRR apoya investigaciones sobre las SCI y los trastornos musculoesqueléticos, así como sobre dispositivos de asistencia, a través de su Programa sobre Trastornos de la Médula Espinal y Musculoesqueléticos y Dispositivos de Ayuda (SMAD por sus siglas en inglés) . Una parte importante de las actividades del programa se centra en desarrollar y apoyar la aplicación de dispositivos para mejorar la interfaz ser humano-entorno y restablecer o mejorar la capacidad de una persona de funcionar en su entorno. Este tipo de tecnología de rehabilitación e investigación aplicada incluye, a modo de ejemplo, prótesis, sillas de ruedas, modelos biomecánicos y otros temas que buscan mejorar la movilidad, la comunicación, la cognición y el control del entorno.
- El PPB del NICHD comenzó la Red de Cirugía Materno-Fetal para comprender si la cirugía realizada in utero era comparable a la cirugía posnatal estándar. El principal estudio de la Red es el Estudio sobre el control del mielomeningocele (MOMS por sus siglas en inglés), que apunta a comprender qué tratamiento —la cirugía posnatal estándar o la cirugía prenatal— es más efectiva para tratar el mielomeningocele, la forma más frecuente y grave de espina bífida, y para mejorar los resultados a corto y largo plazo de las personas con esta enfermedad. Los resultados del estudio fueron tan positivos que en 2012 una organización de ensayos clínicos nombró a MOMS el "Ensayo clínico del año". Visite http://www.nichd.nih.gov/news/releases/Pages/052312-MOMS.aspx para obtener más información.
- El programa de los Centros de Investigación Cooperativa sobre Distrofia Muscular Paul D. Wellstone (MDCRC por sus siglas en inglés) recibe el apoyo del IDDB del NICHD y de varios otros Institutos de los NIH. Los Centros promueven investigaciones básicas, traslacionales y clínicas y ofrecen importantes recursos que pueden usar las comunidades nacionales de biología muscular e investigación neuromuscular, incluidas las que realizan investigaciones sobre las SCI y la salud de la médula espinal.
- El NICHD realizó un taller de 2 días sobre Tecnologías de movimiento personal para una vida sana e independiente para discutir las necesidades clínicas de las personas mayores y/o discapacitadas, y cómo las tecnologías de sensores pueden usarse para controlar el movimiento personal en la vida cotidiana. Los talleres brindaron información y discusiones cruciales sobre cómo estos dispositivos podían usarse para monitorear a los pacientes con SCI.
- El NICHD también patrocinó un taller de dos días sobre Embarazo en mujeres con discapacidades para revisar la evidencia actual sobre el control del embarazo en mujeres con discapacidades físicas. El taller identificó brechas clave en el conocimiento y realizó recomendaciones sobre las áreas prioritarias para investigaciones futuras.
Citas
- Iskandar, B. J., Rizk, E., Meier, B., Hariharan, N., Bottiglieri, T., Finnell, R. H., et al. (2010). Folate regulation of axonal regeneration in the rodent central nervous system through DNA methylation. Journal of Clinical Investigation, 120, 1603-1616. PMID: 20424322
- Simeral, J. D., Kim, S. P., Black, M. J., Donoghue, J. P., & Hochberg, L. R. (2011). Neural control of cursor trajectory and click by a human with tetraplegia 1000 days after implant of an intracortical microelectrode array. Journal of Neural Engineering, 8, 025027. PMID: 21436513
- Sabatier, M. J., Stoner, L., Mahoney, E. T., Black, C., Elder, C., Dudley, G. A., et al. (2006). Electrically stimulated resistance training in SCI individuals increases muscle fatigue resistance but not femoral artery size or blood flow. Spinal Cord, 44, 227-233. PMID: 16158074
- Morse, L. R., Sudhakar, S., Danilack, V., Tun, C., Lazzari, L., Gagnon, D. R., et al. (2012). Association between sclerostin and bone density in chronic spinal cord injury.Journal of Bone and Mineral Research, 27(2), 352-359. PMID: 22006831
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