El prototipo de la Universidad de Wisconsin–Madison funcionó durante un mes en un cerdo, pero todavía necesita generar electricidad más estable antes de probarse en humanos
Redactor: Raúl Méndez C.
Editor: Eduardo Schmitz
Un equipo de la Universidad de Wisconsin–Madison, en Estados Unidos, desarrolló un marcapasos intracardíaco experimental que aprovecha el movimiento del corazón para producir la electricidad que necesita. El prototipo prescinde de una batería convencional y logró suministrar estimulación cardíaca durante pruebas realizadas a lo largo de un mes en un cerdo.
El dispositivo incorpora un nanogenerador triboeléctrico diseñado para ocupar el espacio que normalmente corresponde a la batería. Los resultados, publicados en Science Advances, constituyen una demostración preclínica del sistema, pero no significan que el marcapasos esté preparado para utilizarse en pacientes.
Las pruebas mostraron que el generador puede producir electricidad suficiente en condiciones de laboratorio. Dentro del corazón vivo, sin embargo, su rendimiento disminuyó debido a la consistencia blanda del tejido y a la complejidad del movimiento cardíaco. Los investigadores deberán resolver estas limitaciones antes de plantear estudios clínicos en seres humanos.
La batería limita la vida útil de los marcapasos pequeños
Los marcapasos emiten impulsos eléctricos para corregir ritmos anormales cuando el sistema natural de conducción del corazón no funciona adecuadamente. Los modelos transvenosos tradicionales se implantan en el pecho y se conectan al órgano mediante cables introducidos a través de las venas.
Los marcapasos intracardíacos sin cables, disponibles desde 2016, concentran sus componentes dentro de una cápsula pequeña que se coloca directamente en el ventrículo derecho mediante un catéter. Este diseño evita el bolsillo quirúrgico en el pecho y los electrodos transvenosos, pero depende de una batería interna que representa más de la mitad de su tamaño y peso.
La duración habitual de esa batería se sitúa entre siete y diez años. Cuando se agota, el paciente puede necesitar otra intervención. Retirar un dispositivo alojado dentro del corazón resulta técnicamente difícil en algunos casos, por lo que el equipo sin carga puede permanecer implantado mientras se introduce uno nuevo.
La posibilidad de reducir nuevas intervenciones resulta especialmente relevante para pacientes jóvenes que podrían necesitar varios dispositivos durante su vida. Otros avances, como el uso experimental de protones para tratar arritmias cardíacas graves, también reflejan la búsqueda de procedimientos más precisos y menos invasivos en cardiología.
Cómo transforma los latidos en electricidad
El equipo, encabezado por el investigador posdoctoral Pengfei Chen y supervisado por el profesor Xudong Wang, diseñó el generador para que cupiera dentro del compartimento de batería de un marcapasos intracardíaco Micra sin aumentar el tamaño total del implante.
El sistema utiliza estructuras triboeléctricas oscilantes colocadas por encima y por debajo de los componentes electrónicos. Estas estructuras contienen pares de placas conductoras conectadas, con un recubrimiento positivo de cobre y una película negativa de etileno propileno fluorado.
Cuando el corazón se contrae, las placas se aproximan. Al relajarse, vuelven a separarse. Ese contacto y separación de materiales con cargas opuestas produce electricidad mediante el efecto triboeléctrico. La energía generada puede alimentar el circuito del marcapasos o almacenarse temporalmente en un pequeño capacitor.
El desarrollo exigió ajustar la flexibilidad, el grosor y la estabilidad de cada componente. Las estructuras deben oscilar millones de veces sin perder sus propiedades mecánicas ni interferir con el funcionamiento del implante.
El nanogenerador alcanzó una elevada densidad de potencia
En las pruebas de laboratorio, el dispositivo generó 276,6 microvatios por centímetro cúbico. Según los investigadores, esta densidad de potencia fue suficiente para operar el prototipo y superó la obtenida anteriormente con otras soluciones piezoeléctricas y triboeléctricas miniaturizadas.
La densidad de potencia resulta crucial porque no basta con producir electricidad: el generador debe proporcionar la cantidad necesaria dentro de un volumen extremadamente reducido. El diseño busca sustituir la batería sin ampliar la cápsula del marcapasos.
El equipo implantó después el prototipo en un cerdo para evaluar su desempeño y biocompatibilidad durante un mes. El sistema alimentó la estimulación cardíaca en las pruebas funcionales y no produjo reacciones adversas diferentes de las asociadas con marcapasos intracardíacos convencionales alimentados por baterías.
El ensayo se realizó en un modelo animal y con un periodo de seguimiento limitado. Por ello, todavía no permite determinar la durabilidad del dispositivo durante años ni su seguridad a largo plazo. La investigación preclínica también es esencial en tecnologías como los parches cardíacos desarrollados mediante ingeniería de tejidos, antes de ampliar su aplicación clínica.
El corazón real plantea dificultades mecánicas
El rendimiento máximo registrado en el laboratorio no se reprodujo dentro del corazón del animal. El músculo cardíaco actúa como una superficie blanda que amortigua parte del desplazamiento necesario para que las placas del generador se aproximen y se separen.
También existe una diferencia entre el movimiento utilizado para optimizar el dispositivo y el comportamiento real del órgano. El corazón no se desplaza únicamente en una dirección lineal: durante cada ciclo combina contracción, relajación y torsión.
El siguiente reto consiste en transformar ese movimiento irregular en una oscilación mecánica eficiente. Los investigadores necesitan demostrar una producción eléctrica suficiente, estable y continua dentro del organismo antes de solicitar la realización de ensayos clínicos.
La necesidad de sistemas fiables es especialmente importante porque una interrupción de la estimulación podría resultar peligrosa para pacientes dependientes del marcapasos. Las alteraciones de las señales eléctricas del corazón también están implicadas en episodios de muerte súbita causada por arritmias, lo que exige controles rigurosos de seguridad para cualquier nueva tecnología implantable.
Una plataforma potencial para otros implantes cardíacos
Los responsables del proyecto consideran que una fuente de energía autosuficiente podría reducir el tamaño de futuros implantes y evitar procedimientos motivados exclusivamente por el agotamiento de la batería. También podría facilitar el desarrollo de dispositivos cardíacos con funciones terapéuticas y diagnósticas más avanzadas.
El generador fue registrado ante la Wisconsin Alumni Research Foundation, mientras continúa su perfeccionamiento técnico. La propia Universidad de Wisconsin–Madison advierte que la comercialización y la aplicación clínica probablemente requerirán varios años.
El estudio demuestra que el movimiento cardíaco puede alimentar un marcapasos experimental dentro de un organismo vivo durante un periodo limitado. Los próximos trabajos deberán comprobar que la energía se mantiene estable, que los materiales resisten millones de ciclos y que el sistema conserva su seguridad y eficacia durante seguimientos mucho más prolongados.
Fuentes referenciales:
Infobae
Universidad de Wisconsin–Madison
Science Advances
