Un marcapasos alimentado por luz y sin batería puede mejorar la calidad de vida de los pacientes con enfermedades cardíacas

La fibrilación auricular, una forma de latido cardíaco irregular o arritmia, provoca más de 454 000 hospitalizaciones y casi 160 000 muertes en los Estados Unidos cada año. A nivel mundial, se estima que aproximadamente 60 millones de personas se ven afectadas por la condición.

Los marcapasos son dispositivos que salvan vidas y que regulan los latidos del corazón de las personas con enfermedades cardíacas crónicas como la fibrilación auricular y otras formas de arritmia. Sin embargo, la implantación de un marcapasos es un procedimiento invasivo, y la estimulación que brindan los dispositivos para salvar vidas puede ser extremadamente dolorosa. Además, los marcapasos solo se pueden usar para tratar algunos tipos específicos de enfermedades.

En un artículo publicado en Avances de la ciencia, un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de Arizona detalla el funcionamiento de un marcapasos inalámbrico sin batería que diseñaron y que podría implantarse con un procedimiento menos invasivo que el actual y que causaría menos dolor a los pacientes. El estudio fue dirigido por investigadores del Laboratorio Gutruf, dirigido por el profesor asistente de ingeniería biomédica y miembro de la facultad de Craig M. Berge, Philipp Gutruf.

Los marcapasos disponibles en la actualidad funcionan mediante la implantación de uno o dos cables, o puntos de contacto, en el corazón con ganchos o tornillos. Si los sensores de estos cables detectan una irregularidad peligrosa, envían una descarga eléctrica a través del corazón para restablecer el latido.

«Todas las células dentro del corazón se ven afectadas a la vez, incluidos los receptores del dolor, y eso es lo que hace que la estimulación o la desfibrilación sean dolorosas», dijo Gutruf. «Afecta al músculo cardíaco en su conjunto».

El dispositivo que ha desarrollado el equipo de Gutruf, que aún no se ha probado en humanos, permitiría que los marcapasos envíen señales mucho más específicas utilizando un nuevo diseño de malla fabricado digitalmente que abarca todo el corazón. El dispositivo utiliza luz y una técnica llamada optogenética.

La optogenética modifica las células, generalmente las neuronas, sensibles a la luz, luego usa la luz para afectar el comportamiento de esas células. Esta técnica solo se dirige a los cardiomiocitos, las células del músculo que desencadenan la contracción y constituyen el latido del corazón. Esta precisión no solo reducirá el dolor de los pacientes con marcapasos al pasar por alto los receptores del dolor del corazón, sino que también permitirá que el marcapasos responda a diferentes tipos de irregularidades de formas más adecuadas. Por ejemplo, durante la fibrilación auricular, las cavidades superior e inferior del corazón laten de forma asincrónica, y la función de un marcapasos es volver a alinear las dos partes.

«Mientras que en este momento, tenemos que electrocutar todo el corazón para hacer esto, estos nuevos dispositivos pueden tener una orientación mucho más precisa, haciendo que la desfibrilación sea más efectiva y menos dolorosa», dijo Igor Efimov, profesor de ingeniería biomédica y medicina en la Universidad Northwestern. donde los dispositivos fueron probados en laboratorio. «Esta tecnología podría facilitar la vida de los pacientes de todo el mundo, al mismo tiempo que ayuda a los científicos y médicos a aprender más sobre cómo controlar y tratar la enfermedad».

La malla flexible envuelve el corazón.

Para garantizar que las señales de luz puedan llegar a muchas partes diferentes del corazón, el equipo creó un diseño que implica abarcar el órgano, en lugar de implantar cables que brindan puntos de contacto limitados.

El nuevo modelo de marcapasos consta de cuatro estructuras en forma de pétalo hechas de una película delgada y flexible, que contienen fuentes de luz y un electrodo de registro. Los pétalos, especialmente diseñados para adaptarse a la forma en que el corazón cambia de forma a medida que late, se doblan a los lados del órgano para envolverlo, como una flor que se cierra por la noche.

«Los marcapasos actuales registran básicamente un umbral simple, y le dirán: ‘Esto está entrando en arritmia, ahora shock'», dijo Gutruf. «Pero este dispositivo tiene una computadora a bordo donde puedes ingresar diferentes algoritmos que te permiten marcar el ritmo de una manera más sofisticada. Está hecho para la investigación».

Debido a que el sistema usa luz para afectar el corazón, en lugar de señales eléctricas, el dispositivo puede continuar registrando información incluso cuando el marcapasos necesita desfibrilar. En los marcapasos actuales, la señal eléctrica de la desfibrilación puede interferir con las capacidades de registro, dejando a los médicos con una imagen incompleta de los episodios cardíacos. Además, el dispositivo no requiere batería, lo que podría evitar que los pacientes con marcapasos necesiten reemplazar la batería de su dispositivo cada cinco a siete años, como es la norma actualmente.

El equipo de Gutruf colaboró ​​con investigadores de la Universidad Northwestern en el proyecto. Si bien la versión actual del dispositivo se ha demostrado con éxito en modelos animales, los investigadores esperan continuar con su trabajo, lo que podría mejorar la calidad de vida de millones de personas.