N.80 – Dispositivos implantables inalámbricos

Esta reseña comprende dos artículos referidos a dispositivos implantables sin batería. El primero (1) trata sobre un marcapasos, mientras que el segundo (2) se refiere a un estimulador del cerebro profundo.

1.- Primer artículo: Un marcapasos implantable sin cables y sin batería (1.1.) (1.2.)

Un marcapasos es un dispositivo que se implanta en el pecho para regular los latidos del corazón en personas con arritmia cardíaca. Los actuales marcapasos deben implantarse mediante cirugía y el ritmo que proporcionan puede ser incómodo y molesto, ya que afecta al músculo cardíaco en su conjunto. Además funcionan con baterías (que deben reemplazarse cada 5 a 7años) y requieren uno o dos puntos de contacto con el corazón (con cables, ganchos y tornillos) para detectar irregularidades y enviar una descarga eléctrica para restablecer el ritmo cardíaco.

En el artículo aquí reseñado, Philipp Gutruf (Assistant Professor, Biomedical Engineering, University of Arizona) y un equipo de investigadores, presentan un marcapasos inalámbrico sin batería que puede implantarse con un procedimiento menos invasivo y con menos molestias a los pacientes. El dispositivo cuenta con computación integrada para el control cardíaco continuo en tiempo real, con una estimulación multisitio que permite la modulación optogenética de todo el corazón. En vez de implantar cables en determinados puntos de contacto, el nuevo modelo, que aún no ha sido probado en humanos, consta de cuatro estructuras confeccionadas con una película delgada y flexible, en forma de pétalos que “envuelven” y se adaptan al corazón a medida que éste cambia de forma al latir. Dichos pétalos contienen fuentes de luz y un electrodo de registro. La integración de la biointerfaz con el corazón se logra mediante diseño guiado por aprendizaje automático con matrices ultrafinas.

Señala Gutruf: “A diferencia de los marcapasos actuales, que registran básicamente un umbral simple para detectar arritmia y activar el “shock”, este dispositivo tiene una computadora donde pueden ingresarse diferentes algoritmos para marcar el ritmo de una manera más precisa, y en lugar de señales eléctricas, el nuevo marcapasos usa luz para regular el ritmo cardíaco”.

 Se prevé que esta tecnología podría facilitar la vida de los pacientes de todo el mundo, al tiempo que ayuda a los investigadores y médicos a aprender más sobre cómo controlar y tratar enfermedades cardíacas.

2.- Segundo artículo: Estimulador del cerebro profundo (2.1.) (2.2.)

La estimulación cerebral profunda (Deep Brain Stimulation, DBS) es un tratamiento para aliviar los síntomas de trastornos psiquiátricos y neurológicos, como la depresión, la enfermedad de Parkinson, la epilepsia, la distonía y los temblores esenciales. Recientemente se mostró que también puede usarse para tratar adicciones, trastorno obsesivo-compulsivo y trastorno de estrés postraumático.

Los actuales dispositivos DBS implantables funcionan con baterías voluminosas con una vida útil de 3 a 5 años, debiendo reemplazarse mediante cirugía, con riesgo de infección, dolor y cicatrización. Además, la necesidad de batería limita significativamente la posibilidad de miniaturizar el dispositivo. Puede prescindirse de batería recolectando energía biomecánica proveniente de los movimientos del corazón, diafragma, tobillo o rodilla, para generar energía eléctrica mediante nanogeneradores triboeléctricos (triboelectric nanogenerator, TENG). Los TENG son atractivos por su excelente flexibilidad, durabilidad, ínfimo tamaño y facilidad de fabricación. Sin embargo, estos nanogeneradores no suelen satisfacer la demanda de potencia requerida por la estimulación cerebral implantable y la bioelectrónica de detección.

En el artículo aquí reseñado, un equipo de investigación coordinado por el Department of Chemistry, University of Connecticut (Storrs, CT,.USA) informa sobre un sistema DBS experimental –intermitente, autosostenible e implantable quirúrgicamente- para condiciones crónicas y trastornos neurodegenerativos, que genera nuevas expectativas en materia de tratamientos altamente efectivos pero mínimamente invasivos. Se basa en un biosupercondensador de carga ultrarrápida Bio-TENG delgado y flexible y un generador de pulso DBS integrado. Dicha propuesta representa un enfoque para dispositivos DBS clínicamente viables y de larga duración. El Bio-TENG recolecta energía biomecánica proveniente del movimiento respiratorio con una adecuada potencia de salida, demostrada ex vivo colocándolo en una caja torácica modelo con pulmones de cerdo reales que se inflaron y desinflaron con una bomba, para cargar cinco biosupercondensadores ultrafinos conectados en serie para alimentar un generador de pulso DBS intermitente conectado a electrodos implantados que estimularon tejido cerebral de ratón en una placa de Petri. Para un uso práctico, el Bio-TENG no se coloca sobre el delicado tejido pulmonar, sino que se adhiere al interior de la caja torácica. Luego, los pulmones presionan y activan al dispositivo cada vez que la persona inhala y exhala.