Tiny New Spinal Stimulator Could Restore Mobility in People With Lower-Limb Paralysis

A tiny new spinal stimulator can be placed below the injury site through a simple injection. It could help paralyzed people walk again.

Illustration credit: Johns Hopkins University

A team at Johns Hopkins University has developed a tiny spinal stimulator that could help restore mobility to those with lower-limb paralysis.

The device is small enough to be placed directly below the injury site through a simple injection. This sets it apart from conventional spinal stimulators, which are bulky and must be placed farther from the nerves that control leg movements.

“The concept behind spinal stimulators is their ability to bypass injured regions, sending essential motor commands from the brain to the spinal region responsible for leg motions,” says researcher and assistant engineering professor Dinchang Lin. “Our innovative approach addresses a key challenge faced by many existing spinal stimulator technologies: achieving precise stimulation and minimal invasiveness.” 

How the Spinal Stimulator Works

Conventional spinal stimulators are implanted either on the spinal cord’s dorsal surface (facing the person’s back) or directly into the spinal tissue. According to Lin, neither strategy is ideal: The former makes it hard to precisely target important nerves, and the latter damages tissue and can be rejected by the body.

Lin’s team first identified a new site for stimulation that’s very close to crucial motor neurons in the spinal cord and accessible without surgery. Then they designed a nanoscale, ultra-flexible, and stretchable device that can be inserted via a small injector and a simple syringe pump.

When the researchers implanted devices in mice with paralyzed lower limbs, they were able to get the mice’s legs to move using a much lower electrical current than traditional spinal stimulators use.

“Our stimulator not only enabled a broader range of motions, but also allowed us to program the electrode array’s stimulation pattern, which resulted in more intricate and natural leg movements reminiscent of stepping, kicking, and waving,” Lin says. 

In addition to using lower current, the device’s materials were designed to be accepted by the body over the long term.

The researchers still have to show the technology works safely and effectively in humans, which requires extensive clinical trials. If they succeed, the implants could help restore leg function in people with spinal cord injuries or neuromotor diseases. Plus, because it’s less invasive than conventional stimulators, it could be accessible to more people.

“This technology could significantly improve the quality of many patients’ lives, lower the cost of personal care, and help them regain confidence and dignity,” Lin says.

The researchers continue work on the device and plan for eventual human clinical trials.

Source: This tiny spinal stimulator could someday have a big impact on paralysis

Un Nuevo y Pequeńo Estimulador Espinal Podría Restaurar la Movilidad en Personas con Parálisis de las Extremidades Inferiores

Un equipo de la Universidad Johns Hopkins ha desarrollado un pequeño dispositivo que podría ayudar a restaurar la movilidad de quienes padecen parálisis de las extremidades inferiores.

El dispositivo es lo suficientemente pequeño como para colocarse directamente debajo del sitio de la lesión mediante una simple inyección. Esto lo diferencia de los estimuladores espinal convencionales, que son voluminosos y deben colocarse más lejos de los nervios que controlan los movimientos de las piernas.

“El concepto detrás de los estimuladores espinales es su capacidad para evitar las regiones lesionadas, enviando comandos motores esenciales desde el cerebro a la región espinal responsable de los movimientos de las piernas”, dice el investigador y profesor asistente de ingeniería Dinchang Lin. “Nuestro enfoque innovador aborda un desafío clave al que se enfrentan muchas tecnologías de estimulación espinal existentes: lograr una estimulación precisa y una invasividad mínima”.

Cómo Funciona el Estimulador Espinal

Los estimuladores espinales convencionales se implantan en la superficie dorsal de la médula espinal (mirando hacia la espalda de la persona) o directamente en el tejido espinal. Según Lin, ninguna de las estrategias es ideal: la primera dificulta apuntar con precisión a nervios importantes y la segunda daña el tejido y puede ser rechazada por el cuerpo.

El equipo de Lin identificó por primera vez un nuevo sitio para la estimulación que está muy cerca de las neuronas motoras cruciales de la médula espinal y accesible sin cirugía. Luego diseñaron un dispositivo a nanoescala, ultraflexible y estirable que se puede insertar mediante un pequeño inyector y una simple bomba de jeringa.

Cuando los investigadores implantaron dispositivos en ratones con extremidades inferiores paralizadas, pudieron hacer que las piernas de los ratones se movieran utilizando una corriente eléctrica mucho más baja que la que utilizan los estimuladores espinales tradicionales.

“Nuestro estimulador no sólo permitió una gama más amplia de movimientos, sino que también nos permitió programar el patrón de estimulación de la matriz de electrodos, lo que resultó en movimientos de piernas más complejos y naturales, que recuerdan a pasos, patadas y saludos”, dice Lin.

Además de utilizar una corriente más baja, los materiales de soporte del dispositivo fueron diseñados para ser aceptados por el cuerpo a largo plazo.

Los investigadores aún tienen que demostrar que la tecnología funciona de forma segura y eficaz en humanos, lo que puede llevar años. Si tienen éxito, los implantes podrían ayudar a restaurar la función de las piernas en personas con lesiones de la médula espinal o enfermedades neuromotoras. Además, como es menos invasivo, podría ser accesible para más personas.

“Esta tecnología podría mejorar significativamente la calidad de vida de muchos pacientes, reducir el costo del cuidado personal y ayudarlos a recuperar la confianza y la dignidad”, dice Lin.

Los investigadores continúan trabajando en el dispositivo y planean eventuales ensayos clínicos en humanos.

Fuente: Este pequeño estimulador espinal algún día podría tener un gran impacto en la parális

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