El primer exoesqueleto infantil del mundo diseñado en España

CSIC

El 16 de Julio de 2018, la Fundación Mutua Madrileña anunciaba que por fin un grupo de tres niños con atrofia muscular espinal (AME), una enfermedad que afecta 6.000 niños solo en España y que  provoca una debilidad muscular que les impide caminar, habían podido andar por primera vez en sus hogares con la ayuda de un exoesqueleto infantil, gracias a un ensayo clínico pionero en el mundo iniciado en 2016 y codirigido por el Hospital Infantil Ramón y Cajal de Madrid y por el CSIC.

​Se trata de un exoesqueleto innovador cuya tecnología ha sido desarrollada íntegramente en España y que tiene como característica principal el músculo artificial que imita el funcionamiento de los tejidos naturales, para así poder ayudar a pacientes con enfermedades neuromusculares.

El estudio ha sido financiado con el apoyo de la Fundación Mutua Madrileña a través de una de sus Ayudas anuales a la Investigación en Salud, lo que permitió el comienzo de las investigaciones en el año 2016.
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El proyecto ha sido co-dirigido por el doctor Gustavo Lorenzo Sanz, responsable de la Unidad de Neurodesarrollo de Neurología Infantil del Hospital Universitario Ramón y Cajal de Madrid y la doctora Elena García Armada, investigadora del CSIC, colaborando estrechamente con su empresa de base tecnológica,  Marsi Bionics y el Centro CIGAT de atención temprana.

​Álvaro, con cinco años y afectado por atrofia muscular espinal, prueba el exoesqueleto del CSIC en el año 2016.  Joan Costa – CSIC
 
El proyecto tenía como objetivo comprobar los beneficios psicológicos y en la calidad de vida de los menores afectados de atrofia muscular espinal gracias a esta innovadora tecnología que les permite mantenerse de pie y andar de forma autónoma.
 
Tras dos largo años de desarrollo la última fase del ensayo clínico ha consistido en la prueba del exoesqueleto infantil durante dos meses en el domicilio de tres niños con AME.
 
En un primer momento es necesaria la ayuda de un fisioterapeuta para la colocación, adaptación y utilización del exoesqueleto en cada niño, pero resulta un proceso sencillo, según declaró la doctora Elena García, “El exoesqueleto se adapta automáticamente a cada uno de los niños. Este estudio nos ha permitido mejorar enormemente la ergonomía del dispositivo al utilizarlo en pacientes con características diferentes.”
 
La historia de este diseño no ha sido corta, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) presentó        oficialmente el primer exoesqueleto del mundo dirigido a niños con AME, el 8 de Junio de 2016 tras un largo período de investigación.

​Dos investigadores y una fisioterapeuta ajustan el exoesqueleto antes de la prueba con un paciente. CSIC
 
El dispositivo, está especialmente diseñado para el uso con niños, atendiendo a sus características especiales, con un peso de tan solo 12 kilos en el primer modelo, un peso tan liviano se obtuvo empleando una fabricación basada en materiales como aluminio y titanio.
 
El diseño permite adaptar el robot a niños de entre 3 y 14 años, pudiendo ajustarse al crecimiento de este y la sintomatología particular del paciente.
 
Uno de los problemas esenciales de estas estructuras es precisamente el peso, puesto que los mecanismos encargados de reemplazar la fuerza muscular, es decir los motores y la estructura que se adapta al paciente y que debe ser lo más ligera y reducida posible.
 
En esencia un exoesqueleto no es más que una máquina consistente en un armazón externo, acoplado en este caso a un niño, con un sistema de potencia que reemplaza total o parcialmente a los músculos y que proporciona la energía para el movimiento de los miembros, permitiendo moverse a su portador y realizar cierto tipo de actividades.
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La máquina además debe incluir para su correcto funcionamiento (lo cual influye en su peso total), toda una serie de sensores biométricos que detectan las señales y movimientos de nuestro cuerpo, las características de nuestro entorno o las que el cerebro trata de enviar a los músculos de nuestras extremidades.

​Álvaro en la actualidad, empleando el exoesqueleto ya en su domicilio. FMM
 
Luego la unidad de procesamiento del exoesqueleto, es decir un ordenador con una programación muy avanzada y específica, responde entonces a estas señales, las procesa y hace mover el exoesqueleto en un tiempo realmente bajo, dando la sensación de responder a nuestra voluntad en “tiempo real”, realizando mecánicamente movimientos naturales, lo más parecidos que sea posible a los humanos, imitando de manera adecuada la flexibilidad y articulación humana.
 
Por tanto, esta tecnología tiene un futuro prometedor en otras áreas como por ejemplo, ser utilizada en hospitales como terapia de entrenamiento muscular para evitar los efectos colaterales asociados a la pérdida de movilidad propia de esta u otras enfermedades.
 
De momento los ensayos han sido un éxito y los niños acogieron las pruebas con emoción, el doctor Gustavo Lorenzo declaraba, “Los niños se sienten realmente entusiasmados por poder andar, quieren que sus amigos vean como son capaces de estar de pie y caminar. A largo plazo este instrumento puede facilitar a un niño y su familia normalizar su vida de tal manera que pueda asistir a sus actividades cotidianas, como ir al colegio caminando y no en silla de ruedas. En un futuro podría aportar los beneficios de la bipedestación, ayudando a retrasar las deformidades de la columna derivadas de la postura que se producen en la atrofia muscular espinal”.

​Primer plano de una de las piernas del exoesqueleto, donde podemos observar los motores que le ofrecen la movilidad, concretamente consta de cinco motores en cada pierna, pudiéndose incluir uno más de ser necesario, para intentar emular cada articulación y sus grados de movimiento. CSIC
 
En caso de que este éxito fructifique, la posibilidad de extender el uso de los exoesqueletos para poder atender a personas con problemas de movilidad, ofrece oportunidades enormes, ofreciendo por un lado la posibilidad de realizar una vida normalizada que les permita realizar todo tipo de tareas, pero como indica el doctor Gustavo Lorenzo otra muy importante y menos valorada desde afuera: los beneficios en la salud,  no solo en el plano social y psicológico, sino también gracias a combatir la atrofia y la deformación de huesos y músculos, problema que no siempre puede ser solventado adecuadamente con la fisioterapia.
 
Si bien se lleva desarrollando esta tecnología para ofrecer una respuesta efectiva desde hace ya más de un cuarto de siglo, la complejidad para desarrollar estructuras externas que se adapten al cuerpo humano y realicen una asistencia en los movimientos que reduzca las limitaciones del paciente atendiendo a sus órdenes es un antiguo reto de la biotecnología. Pero solo ahora, las mejoras en el conocimiento de la biología humana comienzan a romper barreras gracias al desarrollo tecnológico y computacional que permite por ejemplo al “ordenador de a bordo” del exoesqueleto mandar a sus motores las instrucciones precisas para seguir un patrón de marcha natural en combinación con el propio paciente quien a su vez comanda también el movimiento gracias a unos sensores de increíble sensibilidad capaces de detectar las intenciones del sujeto.
 
“El uso del exoesqueleto ha permitido que nuestro hijo haga más ejercicio, pruebe nuevos juegos e incluso hayamos bailado en casa. Este dispositivo ha conseguido aquello que los médicos aseguraban que jamás sucedería cuando le diagnosticaron AME con 14 meses, y es que un niño con atrofia muscular espinal ande”, dice Ana, madre de uno de los participantes del ensayo clínico.

​Imagen frontal y lateral del exoesqueleto diseñado por el CSIC para niños afectados con AME. CSIC
 
Hoy en día todavía resulta imposible acabar con ciertas enfermedades que afectan a nuestra capacidad motora o resulta imposible restaurar el movimiento tras un accidente que dañe nuestra columna vertebral dada la complejidad de las neuronas y el sistema nervioso.
 
Pero hasta que ese misterio quede resuelto, gracias a avances como este, si es posible mejorar la calidad de vida de los pacientes. El número de personas afectadas por accidentes o enfermedades que causan problemas de movilidad es enorme tan solo la atrofia muscular espinal afecta a uno de cada 6.000 niños en España, afecta a las neuronas de la médula espinal, provocando que poco a poco se atrofien los músculos del cuerpo impidiendo que los pacientes puedan mantenerse erguidos y desplazarse, empeorando con el tiempo hasta su capacidad respiratoria, hasta ahora la AME tipo 2, diagnosticada entre los 18 meses de vida y los siete años, significaba para los niños afectados que no llegarían a andar nunca, con las consecuencias físicas y psicológicas que acarrea.

​En este video podemos ver a la doctora Elena García Armada, investigadora del CSIC y Gustavo Lorenzo del Hospital Ramón y Cajal, presentar el exoesqueleto infantil, sus características y aplicaciones, pudiendo verlo en “acción”. CSIC
 
Si bien estos nuevos dispositivos no resuelven la enfermedad, si hacen frente a los síntomas más graves, facilitando nuevas oportunidades a los afectados que palian tanto las consecuencias de la enfermedad en el plano médico y social.
 
Al respecto Lorenzo Cooklin, director general de la Fundación Mutua Madrileña indica, “El proyecto de investigación que decidimos financiar buscaba mejorar enormemente la calidad de vida de estos niños, permitiéndoles algo tan fundamental como poder caminar, y también procurándoles desarrollar nuevas capacidades. Y a juzgar por las primeras conclusiones del estudio, se ha conseguido”.
 
Durante años la cultura popular y la ciencia ficción ha fantaseado con la posibilidad de potenciar nuestros cuerpos con dispositivos externos que aumentaran nuestras capacidades o prótesis ortopédicas que reemplazaran nuestros miembros por otros más potentes, pero lo cierto es que hasta hace poco todo esto quedaba suscrito al campo de la fantasía y desde luego estamos a años luz de diseñar un Iron-Man viable, puesto que desde un punto de vista de la tecnología y la neurología actual es algo realmente complejísimo e irrealizable.
 
Por suerte esta tecnología si existe en el plano médico, con una progresiva implantación por ejemplo en el campo de la ortopedia y poco a poco va a tener cada vez un uso más real y práctico ayudando, no a crear absurdos súper hombres-máquina, si no facilitando y mejorando la calidad de vida de personas con problemas de movilidad, una aplicación mucho más lógica y humana que está comenzando a ser una realidad plausible.
Autor: Juan Carlos Fernandez
 
​Fuente: NeCLO - Ciencia y cultura al máximo

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