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Biotecnología Act. 02 nov 2018

Implantes de corazón a medida por impresión 3D

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Los dispositivos médicos individualizados podrían dar mejor información sobre la salud del corazón, y mejorar la predicción y prevención de dolencias.

Una realidad poética de la biología es que el corazón de cada uno tiene un tamaño y una forma ligeramente distintos al de los demás. Sin embargo, los implantes cardiacos actuales, dispositivos médicos como los marcapasos y desfibriladores, casi son de talla única. Lo que significa, entre otras cosas, que aunque estos dispositivos salven la vida de muchos pacientes, son bastante limitados a la hora de recopilar información.

Dentro de los intentos por cambiar esta situación, unos investigadores han creado un nuevo tipo de sensor de corazón personalizado. Los investigadores han usado imágenes del corazón de distintos animales para crear una maqueta del órgano usando una impresora 3D. Después han construido componentes electrónicos flexibles encima de las maquetas. Este material flexible se puede despegar de la maqueta impresa y colocar alrededor del corazón real para conseguir un encaje perfecto.

El equipo de investigación ha integrado una cantidad sin precedentes de componentes en los dispositivos: series elásticas de sensores, detectores de oxigenación, medidores de esfuerzo, electrodos y termómetros creados para envolver a la perfección un corazón concreto. Para los pacientes esto significa conseguir un seguimiento y tratamiento más adecuado y exhaustivo.

Uno de los dispositivos que tiene que mejorar es el desfibrilador implantando, que se adhiere a un corazón con problemas de ritmo cardiaco y usa la información recogida por uno o dos electrodos para decidir si debe ayudar a recuperar el ritmo normal aplicando un shock eléctrico. Recogiendo información en sólo uno o dos puntos, la electrónica de estos sistemas puede tomar decisiones erróneas, proporcionando al paciente un shock doloroso e innecesario, explica el fisiólogo cardiaco y bioingeniero de la Universidad Washington en San Luis (EEUU), Igor Efimov.

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«El siguiente paso es un dispositivo con múltiples sensores y no sólo más sensores eléctricos», afirma Efimov. Un sensor que mida las condiciones de acidez, por ejemplo, podría avisar con antelación del bloqueo de una arteria. Por otra parte, unos diodos emisores de luz y sensores de luz podrían proporcionar información sobre la salud del tejido cardiaco identificando zonas con sangre pobremente oxigenada, que es menos transparente a la luz. Los sensores de luz también podrían servir para detectar un infarto, dado que la enzima NADH, que se acumula durante los infartos, es fluorescente por naturaleza.

Efimov está colaborando en la creación de implantes más inteligentes con el científico de los materiales de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EEUU), John Rogers, que ya ha fabricado láminas grandes, finas y flexibles con componentes electrónicos y demostrado que se pueden colocar sobre el corazón y otros tejidos para hacer un seguimiento de la actividad eléctrica y otras funciones. Esta colaboración con Efimov se suma al trabajo de Rogers con su empresa MC10 para integrar distintas clases de sensores en materiales flexibles y biocompatibles.

Para el nuevo implante de corazón los investigadores han incorporado múltiples tipos de sensores en las mismas láminas y han dado forma a las láminas para que encajen mejor sobre la superficie del corazón. «Antes prefabricábamos todo sobre una superficie plana», explica el ingeniero mecánico de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois (EEUU), Yonggang Huang, que está ayudando a diseñar la electrónica flexible. Pero un material plano se puede arrugar a la hora de envolver el corazón.

Para eliminar estas arrugas, que pueden interrumpir el contacto entre los tejidos y la electrónica, el equipo de Efimov ha construido los dispositivos sobre una maqueta de plástico impresa en 3D, diseñada usando la imagen de un corazón. Crearon el dispositivo final encima de la maqueta de plástico, colocando en primer lugar los sensores y otros componentes electrónicos (y el cableado que los conecta), y cubriéndolos después con un polímero flexible aprobado por la Agencia Estadounidense del Medicamento. Por último, todo el dispositivo se puede despegar de la maqueta para envolver el corazón con él.

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Los investigadores usaron imágenes ópticas del corazón de conejos para demostrar el concepto. Para crear dispositivos para humanos usarían tomografías o resonancias magnéticas del corazón del paciente. El trabajo se ha presentado recientemente en la revista Nature Communications.

El jefe de electrofisiología cardiaca del Imperial College de Londres (Reino Unido), Nicholas Peters, afirma que este nuevo equipo podría medir múltiples funciones cardiacas a la vez con precisión, algo imposible hasta ahora. Los médicos podrían usar las láminas para hacer un mapa no sólo de la actividad eléctrica, sino de las funciones mecánicas y otros aspectos de la salud cardiaca, afirma.»Hace mucho que se busca este nivel de precisión de medida de la función eléctrica y mecánica», afirma Peters. «Este enfoque da lugar a la posibilidad real de una aplicación clínica para las enfermedades cardiacas en humanos».

«Es una buena forma de usar la impresión 3D para lograr un ‘calcetín’ electrónico que encaje en el paciente concreto», afirma la científica de los materiales de la Universidad de Stanford (EEUU), Zhenan Bao. Un dispositivo producido mediante un proceso de fabricación así de personalizado probablemente sea más caro que los fabricados en serie, pero es probable que el mercado soporte el coste para este tipo de aplicaciones a vida o muerte, afirma Bao. Y sostiene que el volumen y la calidad de los datos recogidos por estas grandes láminas sensoras en los estudios llevados a cabo en animales por el grupo son impresionantes.

Por ahora los investigadores sólo han probado la tecnología en corazones de conejo fuera del cuerpo. Los siguientes pasos son demostrar que funcionan en animales vivos y después en personas.

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