Dispositivo inalámbrico y totalmente implantable que proporciona una estimulación temporal sin necesidad de retirarlo.
Investigadores de las universidades Northwestern y George Washington (GW) han desarrollado el primer marcapasos transitorio de la historia: un dispositivo de estimulación inalámbrico, sin batería y totalmente implantable que desaparece cuando ya no es necesario.
El dispositivo, fino, flexible y ligero, podría utilizarse en pacientes que necesiten un marcapasos temporal tras una intervención quirúrgica o a la espera de un marcapasos permanente. Todos los componentes del marcapasos son biocompatibles y se absorben de forma natural en los biofluidos del cuerpo en el transcurso de cinco a siete semanas, sin necesidad de extracción quirúrgica.
El dispositivo recoge energía de forma inalámbrica de una antena externa y remota mediante protocolos de comunicación de campo cercano, la misma tecnología que se utiliza en los teléfonos inteligentes para los pagos electrónicos y en las etiquetas RFID. Esto elimina la necesidad de baterías voluminosas y hardware rígido, incluidos los cables (o plomos). Los cables no sólo pueden introducir infecciones, sino que también pueden quedar envueltos en tejido cicatrizal, causando más daños al ser retirados.
El estudio se ha publicado en la revista Nature Biotechnology. El artículo demuestra la eficacia del dispositivo en una serie de modelos animales grandes y pequeños.
"Los dispositivos colocados en el corazón o cerca de él entrañan riesgos de infección y otras complicaciones", afirma John A. Rogers, de Northwestern, que dirigió el desarrollo del dispositivo. "Nuestros marcapasos inalámbricos y transitorios superan los principales inconvenientes de los dispositivos temporales tradicionales al eliminar la necesidad de utilizar cables percutáneos para los procedimientos de extracción quirúrgica, lo que ofrece la posibilidad de reducir los costes y mejorar los resultados de la atención al paciente". Este tipo inusual de dispositivo podría representar el futuro de la tecnología de estimulación temporal".
"A veces los pacientes sólo necesitan marcapasos de forma temporal, quizá tras una operación a corazón abierto, un infarto o una sobredosis de fármacos", dijo el Dr. Rishi Arora, cardiólogo de Northwestern Medicine que codirigió el estudio. "Una vez estabilizado el corazón del paciente, podemos retirar el marcapasos. El estándar actual de atención implica la inserción de un cable, que permanece en su lugar de tres a siete días. Estos tienen el potencial de infectarse o desprenderse".
"La plataforma de electrónica transitoria abre un capítulo totalmente nuevo en la medicina y la investigación biomédica", afirmó Igor Efimov, de GW, que codirigió el estudio con Rogers y Arora. "Los materiales biorreabsorbibles en los que se basa esta tecnología permiten crear toda una serie de dispositivos transitorios de diagnóstico y terapéuticos para controlar la progresión de las enfermedades y las terapias, suministrar terapias eléctricas, farmacológicas y celulares, reprogramar genes y mucho más."
Rogers es catedrático Louis Simpson y Kimberly Querrey de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Ingeniería Biomédica y Cirugía Neurológica en la Escuela de Ingeniería McCormick y la Escuela de Medicina Feinberg, y director del Instituto Querrey Simpson de Bioelectrónica. Arora es profesor de medicina en Feinberg y codirector del Centro de Investigación de Arritmias. Efimov es catedrático de Ingeniería Biomédica Alisann y Terry Collins en la GW.
Abandonar las pistas restrictivas y arriesgadas
En la actualidad, para establecer un marcapasos temporal tras una operación a corazón abierto, los cirujanos deben coser electrodos de marcapasos temporales en el músculo cardíaco durante la operación. Estos electrodos salen de la parte delantera del pecho del paciente y se conectan a una caja de marcapasos externa que suministra una corriente para controlar el ritmo del corazón.
Cuando el marcapasos temporal deja de ser necesario, los médicos retiran los electrodos del marcapasos. Aunque son poco frecuentes, las posibles complicaciones de los marcapasos temporales implantados incluyen infecciones, desprendimientos, desgarros o daños en los tejidos, hemorragias y coágulos de sangre.
Con el marcapasos transitorio de Northwestern y GW, los cirujanos y los pacientes pueden evitar este procedimiento potencialmente arriesgado. El dispositivo, totalmente implantable, es ligero y fino: tiene 250 micras de grosor y pesa menos de medio gramo. Suave y flexible, encapsula electrodos que se laminan suavemente en la superficie del corazón para emitir un impulso eléctrico.
"En lugar de utilizar cables que pueden infectarse y desprenderse, podemos implantar este marcapasos biocompatible sin cables", explica Arora. "Los circuitos se implantan directamente en la superficie del corazón y podemos activarlos a distancia". A lo largo de varias semanas, este nuevo tipo de marcapasos se "disuelve" o degrada por sí mismo, evitando así la necesidad de retirar físicamente los electrodos del marcapasos. Se trata de una victoria potencialmente importante para los pacientes postoperados.
"Con nuevas modificaciones, podría ser posible implantar estos marcapasos biorreabsorbibles a través de una vena de la pierna o el brazo", añadió. "En este caso, también podría ser posible proporcionar un marcapasos temporal a los pacientes que han sufrido un ataque al corazón o a los pacientes que se someten a procedimientos basados en catéteres, como el reemplazo de la válvula aórtica transcatéter".
Prioridad a la comodidad del paciente
El Dr. Duc Thinh Pham, cirujano cardíaco de Northwestern Medicine, que no participó en la investigación, imagina que un marcapasos transitorio haría más cómodos a sus pacientes. Con los marcapasos actuales, los pacientes suelen sentir molestias durante días tras la inserción de los cables. Después, deben limitar sus movimientos y actividades para evitar que los cables se desprendan.
"Este marcapasos transitorio es brillante", dijo Pham, que ha realizado más de 2.000 cirugías cardíacas a lo largo de su carrera. "Además de resolver el problema principal de los pacientes ocasionales de poscirugía cardíaca que necesitan un marcapasos temporal debido a bloqueos o arritmias, el dispositivo aborda el problema secundario de la comodidad del paciente, su capacidad de moverse libremente y su rehabilitación. Si tiene éxito, este dispositivo mejorará en gran medida el curso postoperatorio del paciente".
Acto de desaparición
Este es el segundo ejemplo de medicina electrónica biorreabsorbible del laboratorio Rogers, que lleva más de una década estudiando la electrónica transitoria. En 2018, Rogers y sus colegas demostraron el primer dispositivo electrónico biorreabsorbible del mundo: un implante biodegradable que acelera la regeneración de los nervios. Los dispositivos biorreabsorbibles del equipo son completamente inofensivos, similares a los puntos de sutura absorbibles. Tras degradarse por completo, los dispositivos desaparecen por completo a través de los procesos biológicos naturales del cuerpo.
"Es evidente que se necesitan mejores marcapasos cardíacos temporales", dijo el Dr. Bradley Knight, Profesor Distinguido de Cardiología Chester C. y Deborah M. Cooley en Feinberg y coautor del estudio. "Cuando conocí el estimulador nervioso biorreabsorbible, me puse en contacto con el profesor Rogers para explorar la posibilidad de utilizar esta tecnología para el marcaje del corazón. Él ya había empezado a trabajar con el Dr. Efimov para desarrollar una pequeña versión de un marcapasos biorreabsorbible como prueba de concepto. A continuación, trabajamos con ambos equipos para desarrollar una versión más grande de un marcapasos cardíaco biorreabsorbible, sin plomo, que pudiera ser eficaz a escala humana. Es un gran ejemplo de lo que podemos crear en Northwestern uniendo los conocimientos de ingeniería y medicina".
Dependiendo del paciente, un marcapasos temporal puede ser necesario desde un par de días hasta varias semanas. Variando la composición y el grosor de los materiales del dispositivo, el equipo de Rogers puede controlar el número exacto de días que permanece funcional antes de disolverse.
"Construimos estos dispositivos con distintos tipos de materiales seguros y biorreabsorbibles y con arquitecturas optimizadas para garantizar un funcionamiento estable durante un periodo de tiempo algo superior al clínicamente necesario", explica Rogers. "Podemos adaptar los dispositivos para abordar un amplio espectro de tiempos de vida relevantes. Las tecnologías transitorias, en general, podrían algún día proporcionar terapia o tratamiento para una amplia variedad de condiciones médicas - sirviendo, en cierto sentido, como una forma de ingeniería de la medicina."
El artículo, "Marcapasos cardíaco totalmente biorreabsorbible, sin plomo y sin batería", ha sido financiado por la Fundación Leducq (premio RHYTHM), los Institutos Nacionales de la Salud (números de premio R01-HL141470, R01-HL140061 y R01-HL125881), la Asociación Americana del Corazón (número de premio 19PRE34380781, AF SFRN), la Fundación Nacional de la Ciencia (número de premio 1842165) y la Fundación Ford. Los primeros autores del artículo son Yeon Sik Choi, Rose Yin, Jahyun Koo y Anna Pfenniger.
Más información:
https://news.northwestern.edu/stories/2021/06/first-ever-transient-pacemaker-harmlessly-dissolves-in-body/
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