El tambor constante de un latido del corazón es algo que puede desvanecerse fácilmente en el fondo de nuestra vida diaria, sin pensar en la fiabilidad de su pulso.
Pero para aquellos que desarrollan un arritmiala situación es mucho más tensa: los latidos de su corazón son monitoreados y controlados por dispositivos de salvamento llamados marcapasosque envían descargas controladas al corazón para que deje de temblar y le den la oportunidad de encontrar su ritmo nuevamente.
El estudio de la amplia variedad de formas en que un corazón puede tropezar y tartamudear hasta convertirse en un lío tembloroso a menudo utiliza pequeños animales como modelos. Pero a pesar de su conveniencia y beneficios éticos, su tamaño puede dificultar el seguimiento y la respuesta a los cambios en sus diminutos corazones.
Ahora, un equipo de científicos dirigido por el ingeniero biomédico Philipp Gutruf de la Universidad de Arizona ha desarrollado un dispositivo implantable que facilita mucho el estudio de la cardiología de animales pequeños. Como beneficio adicional, algún día podría ser la base de una forma completamente nueva de tratar las afecciones cardíacas en humanos.
El dispositivo ha sido diseñado para ser lo suficientemente flexible para sujetos de prueba más pequeños, brindando una mejor resolución para monitorear la electrofisiología de su corazón. Usando luz en lugar de señales eléctricas, administra sacudidas más suaves cuando se detectan ritmos anormales.
A diferencia de las señales eléctricas de los marcapasos actuales, que pueden interferir con las capacidades de registro y dejar a los médicos con una imagen irregular de los episodios cardíacos, el uso de luz para estimular el corazón significa que el sistema puede proporcionar registros continuos de los patrones de latidos cardíacos, incluso cuando necesita desfibrilar.
“Los marcapasos actuales registran básicamente un umbral simple, y te dirán: ‘¡Esto está entrando en arritmia, ahora shock!'”. explica reputación.
“Pero este dispositivo tiene una computadora a bordo donde puedes ingresar diferentes algoritmos que te permiten marcar el ritmo de una manera más sofisticada. Está hecho para la investigación”.
Hasta ahora, el dispositivo solo se ha probado en ratones, pero los investigadores lo diseñaron para brindar una estimulación del corazón más precisa, y posiblemente menos dolorosa.
Funciona mediante el uso de una técnica llamada optogenética, mediante la cual las células excitables, como las del corazón o el cerebro, pueden activarse bajo demanda usando luz. En este caso, los cardiomiocitos de ratón (células del músculo cardíaco) se diseñaron genéticamente para expresar una proteína unida a la membrana sensible a la luz azul. Enciende la luz y las células entran en acción.
La belleza del dispositivo radica en sus suaves matrices de película delgada, que se abren como pétalos de flores y envuelven el corazón. Este ajuste perfecto es bastante diferente a cómo los marcapasos actuales se conectan al corazón a través de uno o dos cables implantados en el órgano.
Las personas a las que se les ha insertado un marcapasos pueden experimentar incomodidad y dolor tipo cólico alrededor del lugar del implante. En algunos casos rarosincluso pueden desarrollar síndrome de dolor regional complejo en el pecho.
Estimular el corazón a través de uno o dos puntos de contacto también hace que la desfibrilación del corazón sea menos precisa de lo ideal.
“Todas las células dentro del corazón son golpeadas a la vez, incluidos los receptores del dolor, y eso es lo que hace que la estimulación o la desfibrilación sean dolorosas”. explica Gutruf. “Afecta al músculo cardíaco en su conjunto”.
En cambio, con este nuevo dispositivo que activa solo las células del músculo cardíaco que desencadenan la contracción y evitan los receptores del dolor, los investigadores esperan que pueda ofrecer una forma más cómoda y precisa de sincronizar los latidos cardíacos irregulares.
“Mientras que en este momento, tenemos que electrocutar todo el corazón para hacer esto, estos nuevos dispositivos pueden apuntar de manera mucho más precisa, haciendo que la desfibrilación sea más efectiva y menos dolorosa”. dice Igor Efimov, ingeniero biomédico de la Universidad Northwestern.
Como describe el equipo en su artículo, el dispositivo prototipo se implantó justo fuera de la caja torácica del ratón utilizando un aplicador hecho a medida y una sola sutura, compartiendo datos de frecuencia cardíaca a través de un enlace ascendente infrarrojo.
Los investigadores primero analizaron la geometría y la mecánica de un corazón de ratón que late, utilizando esa información para diseñar y fabricar con láser la malla flexible de cuatro puntas para que pudiera moverse con el corazón mientras golpeaba.
Al probar el dispositivo inalámbrico en ratones que se movían libremente, los investigadores demostraron que el dispositivo podía detectar ritmos anormales y estimular o marcar el ritmo del corazón con una precisión de milisegundos, y sin que el calor de los pulsos de luz dañara el tejido cardíaco.
La precisión del dispositivo en la detección de latidos cardíacos anormales también fue comparable a los dispositivos de monitoreo de frecuencia cardíaca inalámbricos disponibles comercialmente, informan los investigadores.
Aunque los hallazgos de estudios con animales como este son prometedores, todavía es días muy tempranos para el uso de la optogenética en humanos. La técnica requiere terapia génica (para hacer que las células sean sensibles a la luz), así como un dispositivo electrónico implantable para estimularlas de forma controlada.
Si bien la optogenética se ha utilizado en ensayos clínicos para tratar enfermedades oculares hereditarias raras, el uso de la técnica para monitorear y posiblemente tratar las irregularidades cardíacas sigue siendo un enfoque emergente que necesita mucha más investigación primero en animales.
Hay un multitud de retos a superarincluida la entrega segura y eficaz de instrucciones genéticas que codifican proteínas sensibles a la luz para las células del corazón.
También se necesita más trabajo para modelar las complejidades de los trastornos del ritmo cardíaco y para refinar las modalidades de este dispositivo en particular para detectar y corregir diferentes tipos de arritmias, Gutruf y sus colegas. Nota.
Entonces, por el momento, el dispositivo con forma de flor es uno de tantos que presenta una elegante herramienta de investigación para estudiar arritmias y otros problemas cardíacos a medida que ocurren, al menos en modelos animales.
El estudio fue publicado en Avances de la ciencia.