Dispositivo portátil robótico suave restaura la función del brazo para personas con esclerosis lateral amiotrófica

Unas 30.000 personas en los EE. UU. padecen esclerosis lateral amiotrófica (ELA), también conocida como enfermedad de Lou Gehrig, una afección neurodegenerativa que daña las células del cerebro y la médula espinal necesarias para el movimiento.

Ahora, un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) y el Hospital General de Massachusetts (MGH) ha desarrollado un dispositivo portátil robótico suave capaz de ayudar significativamente al movimiento de la parte superior del brazo y el hombro en personas con ELA.

«Este estudio nos da la esperanza de que la tecnología portátil robótica blanda podría ayudarnos a desarrollar nuevos dispositivos capaces de restaurar las capacidades funcionales de las extremidades en personas con ELA y otras enfermedades que privan a los pacientes de su movilidad», dice Conor Walsh, autor principal de Ciencia Medicina Traslacional papel que informa el trabajo del equipo. Walsh es profesor Paul A. Maeder de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en SEAS, donde dirige el Laboratorio de Biodiseño de Harvard.

El prototipo de asistencia es suave, está basado en tela y funciona de forma inalámbrica con una batería.

«Esta tecnología es bastante simple en esencia», dice Tommaso Proietti, primer autor del artículo y ex investigador postdoctoral en el laboratorio de Walsh, donde se diseñó y construyó el dispositivo portátil. «Básicamente es una camiseta con algunos actuadores inflables similares a globos debajo de la axila. El globo presurizado ayuda al usuario a combatir la gravedad para mover la parte superior del brazo y el hombro».

Para ayudar a los pacientes con ELA, el equipo desarrolló un sistema de sensores que detecta el movimiento residual del brazo y calibra la presurización adecuada del actuador del globo para mover el brazo de la persona con suavidad y naturalidad. Los investigadores reclutaron a diez personas que vivían con ELA para evaluar qué tan bien el dispositivo podría extender o restaurar su movimiento y calidad de vida.

El equipo descubrió que el dispositivo portátil robótico suave, después de un proceso de calibración de 30 segundos para detectar el nivel único de movilidad y fuerza de cada usuario, mejoró el rango de movimiento de los participantes del estudio, redujo la fatiga muscular y aumentó el rendimiento de tareas como sostener o alcanzar objetos. . Los participantes tardaron menos de 15 minutos en aprender a usar el dispositivo.

«Estos sistemas también son muy seguros, intrínsecamente, porque están hechos de tela y globos inflables», dice Proietti. «A diferencia de los robots rígidos tradicionales, cuando un robot blando falla significa que los globos simplemente ya no se inflan. Pero el usuario no corre el riesgo de lesionarse con el robot».

Walsh dice que el wearable suave es ligero en el cuerpo, se siente como una ropa para el usuario. «Nuestra visión es que estos robots funcionen como ropa y sean cómodos de usar durante largos períodos de tiempo», dice.

Su equipo está colaborando con el neurólogo David Lin, director de la Clínica de Neurorecuperación de MGH, en aplicaciones de rehabilitación para pacientes que han sufrido un derrame cerebral. El equipo también ve aplicaciones más amplias de la tecnología, incluso para aquellos con lesiones de la médula espinal o distrofia muscular.

«Mientras trabajamos para desarrollar nuevos tratamientos modificadores de la enfermedad que prolonguen la esperanza de vida, es imperativo desarrollar también herramientas que puedan mejorar la independencia de los pacientes con las actividades cotidianas», dice Sabrina Paganoni, una de las coautoras del artículo, quien es médico científico en el Centro Healey & AMG de MGH para ALS y profesor asociado en el Hospital de Rehabilitación Spaulding/Escuela de Medicina de Harvard.

El prototipo actual desarrollado para ALS solo podía funcionar en los participantes del estudio que aún tenían algunos movimientos residuales en el área del hombro. Sin embargo, la ELA generalmente progresa rápidamente en un plazo de dos a cinco años, lo que hace que los pacientes sean incapaces de moverse y, finalmente, incapaces de hablar o tragar. En asociación con el neurólogo del MGH, Leigh Hochberg, investigador principal del sistema de interfaz neuronal BrainGate, el equipo está explorando versiones potenciales de dispositivos portátiles de asistencia cuyos movimientos podrían controlarse mediante señales en el cerebro. Esperan que un dispositivo de este tipo pueda algún día ayudar al movimiento en pacientes que ya no tienen actividad muscular residual.

Los comentarios de los participantes del estudio ALS fueron inspiradores, conmovedores y motivadores, dice Proietti.

«Mirar a las personas a los ojos mientras realizaban tareas y experimentaban el movimiento con el dispositivo portátil, escuchar sus comentarios de que estaban encantados de poder mover el brazo de repente de una manera que no habían podido en años, fue un sentimiento muy agridulce».

El equipo está ansioso por que esta tecnología comience a mejorar la vida de las personas, pero advierten que aún se encuentran en la fase de investigación, a varios años de introducir un producto comercial.

«Los dispositivos portátiles robóticos blandos son un avance importante en el camino hacia una función verdaderamente restaurada para las personas con ELA. Estamos agradecidos con todas las personas que viven con ELA que participaron en este estudio: solo a través de sus generosos esfuerzos podemos avanzar y desarrollar nuevas tecnologías. , dice Paganoni.

La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard ha protegido la propiedad intelectual que surge de este estudio y está explorando oportunidades de comercialización.

Otros autores incluyen a Ciaran O’Neill, Lucas Gerez, Tazzy Cole, Sarah Mendelowitz, Kristin Nuckols y Cameron Hohimer.