La bioingeniería combina la biología, la medicina y la ingeniería, y es un campo que ha transformado radicalmente la atención sanitaria en las últimas décadas. Esta área aprovecha los principios de las ciencias biológicas y la ingeniería para abordar desafíos críticos en diversos aspectos de la medicina, el diagnóstico, las prótesis y la ingeniería de tejidos.
Los investigadores estudian minuciosamente los sistemas biológicos, desde la estructura molecular de las proteínas hasta la biomecánica de los organismos. Esto con el objetivo de replicar su funcionalidad en dispositivos artificiales.
La capacidad de diseñar dispositivos y terapias personalizadas, basadas en los principios biológicos, está revolucionando la forma en que se abordan las enfermedades y lesiones.
Prótesis y dispositivos de asistencia
El desarrollo de prótesis y dispositivos de asistencia ha sido notable en el campo de la bioingeniería. Las prótesis de extremidades, por ejemplo, han evolucionado para imitar el movimiento y la retroalimentación sensorial de las extremidades naturales. Estas prótesis integran sensores y actuadores. Permiten a los usuarios recuperar destreza y experimentar movimientos más naturales.
Las extremidades biónicas representan un avance significativo, ya que responden a señales neuronales, lo que permite un control más intuitivo por parte del usuario. Por otro lado, el implante coclear, una prótesis auditiva, ha transformado la vida de personas con pérdida de audición, devolviéndoles la capacidad de escuchar.
Los exoesqueletos, por su parte, son dispositivos portátiles diseñados para ayudar a personas con problemas de movilidad. En la actualidad, han encontrado aplicaciones en rehabilitación y en actividades diarias.
Además, las interfaces cerebro-computadora (BCI) representan una frontera muy interesante en la bioingeniería. Estas interfaces permiten a pacientes paralizados controlar dispositivos externos, como computadoras o brazos robóticos, mediante la actividad cerebral.
Avances en las neuroprótesis
Las neuroprótesis son dispositivos que se conectan al sistema nervioso y existen desde hace años. Sin embargo, investigadores de ETH Zurich han sugerido que podrían funcionar de manera más efectiva si utilizan señales que imitan la naturaleza.
Un estudio liderado por Stanisa Raspopovic y su equipo demostró la eficacia de este enfoque. Conectaron prótesis de piernas al nervio ciático de amputados, lo que permitió a los pacientes sentir sus prótesis y mejorar la información transmitida al cerebro sobre la presión en la planta del pie. Como resultado, los pacientes pudieron caminar más rápido.
Raspopovic señala que las neuroprótesis actuales a menudo provocan sensaciones desagradables, como hormigueo en la piel. Esto se debe a que utilizan pulsaciones eléctricas regulares para estimular el sistema nervioso.
En contraste, Raspopovic y su equipo defienden la estimulación biomimética, es decir, el uso de señales basadas en la naturaleza. Argumentan que esto puede mejorar significativamente la sensación y la eficacia de las neuroprótesis. Su investigación, centrada en prótesis de piernas, señala que esta opción puede ser fundamental en el desarrollo de la próxima generación de neuroprótesis.
Extremidades biónicas
Hace cincuenta años, la serie de televisión "El hombre de los seis millones de dólares" capturó la imaginación del público con la promesa de un futuro biónico. La famosa frase "Podemos reconstruirlo, tenemos la tecnología" simbolizaba una visión de avance científico que hoy es realidad.
En 2023, investigadores en Suecia llevaron esta idea un paso más allá. Informaron sobre el éxito de equipar con una prótesis biónica de vanguardia a una mujer que había perdido su mano derecha en un accidente hacía más de dos décadas.
Este logro, publicado en la revista Science Robotics, es el resultado de la colaboración entre equipos de investigación de Suecia, Australia, Italia y Estados Unidos.
La tecnología detrás de este avance es impresionante. Este dispositivo se conecta directamente al esqueleto utilizando implantes oseointegrados. Con el tiempo, el tejido óseo envuelve el titanio en la prótesis, creando un vínculo sólido entre el cuerpo y lo biónico.
Estos implantes también sirven como una vía de comunicación entre la prótesis y los electrodos implantados en nervios y músculos. Es un logro que augura grandes avances en el futuro.
Retos y campos de investigación
Las prótesis son dispositivos diseñados para reemplazar partes del cuerpo que han sido dañadas o perdidas, ya sea por accidentes, enfermedades o condiciones congénitas. A lo largo de la historia, las prótesis han evolucionado significativamente, pasando de simples piezas de madera o metal a dispositivos sofisticados y personalizados que imitan la estructura y función de los órganos y extremidades naturales.
Uno de los principales desafíos en el diseño de prótesis es conseguir que sean lo más eficientes y cómodas posible para el paciente. En este sentido, la bioingeniería ha permitido desarrollar prótesis más ligeras, resistentes y duraderas, que se adaptan de manera más natural a la anatomía y fisiología del cuerpo humano. Gracias a los avances en tecnología de materiales y fabricación, las prótesis actuales son más precisas y personalizadas, lo que mejora la movilidad y funcionalidad de los pacientes que las utilizan.
Uno de los campos de investigación más prometedores en bioingeniería es la creación de prótesis biónicas, que integran componentes electrónicos y sistemas de control para imitar el funcionamiento de los órganos y extremidades naturales. Las prótesis biónicas permiten a las personas recuperar la sensación táctil y el control motor de sus miembros perdidos, mejorando significativamente su calidad de vida y autonomía.
Otro avance importante en la bioingeniería es la creación de prótesis biocompatibles, que son capaces de integrarse de manera segura con los tejidos y sistemas biológicos del cuerpo humano.
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