Aprovechando la luz, mis colegas y yo diseñó un marcapasos inalámbrico y ultrafino que funciona como un panel solar. Este diseño no sólo elimina la necesidad de baterías sino que también minimiza las interrupciones en la función natural del corazón al amoldarse a sus contornos.
Nuestra investigación, recientemente publicado en la revista Naturalezaofrece un nuevo enfoque para los tratamientos que requieren estimulación eléctrica, como la estimulación cardíaca.
Los marcapasos son dispositivos médicos. implantado en el cuerpo para regular los ritmos cardíacos. Están compuestos por circuitos electrónicos con baterías y cables anclados al músculo cardíaco para estimularlo.
Sin embargo, los cables pueden fallar y dañar el tejido. La ubicación de los cables no se puede cambiar una vez implantados, lo que limita el acceso a diferentes regiones del corazón. Debido a que los marcapasos utilizan electrodos metálicos rígidos, también pueden dañar el tejido cuando reiniciar el corazón después de la cirugía
Nuestro equipo imaginó un marcapasos sin cables y más flexible que podría estimular con precisión múltiples áreas del corazón. Entonces diseñamos un dispositivo que transforma la luz en bioelectricidado señales eléctricas generadas por células del corazón.
Más delgado que un cabello humano, nuestro marcapasos está hecho de una fibra óptica y una membrana de silicio que el laboratorio tian y colegas de la Universidad de Chicago Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular han pasado años desarrollándose.
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A diferencia de células solares convencionales que generalmente están diseñados para recolectar la mayor cantidad de energía posible, modificamos nuestro dispositivo para generar electricidad solo en los puntos donde incide la luz para que pueda regular con precisión los latidos del corazón. Lo hicimos usando una capa de poros muy pequeños que pueden atrapar la luz y la corriente eléctrica. Sólo se estimulan los músculos cardíacos expuestos a los poros activados por la luz.
Debido a que nuestro dispositivo es tan pequeño y liviano, se puede implantar sin abrir el cofre.
Fuimos capaces de implantarlo con éxito en los corazones de roedores y de un cerdo adulto, marcando el ritmo de los latidos de diferentes músculos del corazón. Porque corazones de cerdo son anatómicamente similares a los corazones humanos, este logro muestra el potencial de nuestro dispositivo para trasladarse a las personas.
Por qué es importante
La enfermedad cardiaca es la principal causa de muerte en todo el mundo. Anualmente, más de 2 millones de personas someterse a una cirugía a corazón abierto para tratar problemas cardíacos, incluido dispositivos de implante que regulan los ritmos cardíacos y previenen ataques cardíacos.
Nuestro dispositivo ultraligero se adapta suavemente a la superficie del corazón, lo que permite una estimulación menos invasiva y una mejor estimulación y contracción sincronizada. Para reducir el trauma postoperatorio y el tiempo de recuperación, nuestro dispositivo se puede implantar con una técnica mínimamente invasiva.
Lo que aún no se sabe
Actualmente, nuestra tecnología se utiliza mejor por primera vez para afecciones cardíacas urgentes, incluida la reactivación del corazón después de una cirugía, un ataque cardíaco y una desfibrilación ventricular. Seguimos explorando sus efectos a largo plazo y su durabilidad en el cuerpo humano.
El ambiente interno del cuerpo es rico en fluidos que se ven perturbados por el constante movimiento mecánico del corazón. Esto podría potencialmente comprometer la funcionalidad del dispositivo con el tiempo.
Michael Rosengarten BEng, MD.McGill/EKG Enciclopedia mundial a través de Wikimedia Commons, CC BY-SA
Además, los investigadores no comprenden completamente cómo reacciona el cuerpo a la exposición prolongada a dispositivos médicos. La formacion de cicatriz alrededor del dispositivo después de la implantación puede disminuir su sensibilidad. Estamos desarrollando tratamientos superficiales especiales y recubrimientos de biomateriales para disminuir la probabilidad de rechazo.
Aunque la avería de nuestro dispositivo da como resultado una sustancia no tóxica que el cuerpo puede absorber de forma segura llamada ácido silícicoSin embargo, evaluar cómo responde el cuerpo a una implantación prolongada es esencial para garantizar la seguridad y la eficacia.
Que sigue
Para lograr una implantación a largo plazo y adaptar el dispositivo a cada paciente, estamos refinando la velocidad a la que se disuelve naturalmente en el cuerpo. Estamos explorando mejoras para que el dispositivo sea compatible como marcapasos portátil. Se trata de integrar un diodo emisor de luz inalámbrico, o LED, debajo de la piel que está conectado al dispositivo a través de una fibra óptica.
Nuestro objetivo final es ampliar el alcance de lo que llamamos fotoelectrocéuticos más allá del cuidado cardíaco. Esto incluye neuroestimulaciónneuroprótesis y manejo del dolor para tratar afecciones neurodegenerativas como enfermedad de Parkinson.
El Resumen de investigación es una breve versión de un interesante trabajo académico.
Pengju Li, Doctor. Candidato en Ingeniería Molecular, Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker de la Universidad de Chicago
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