Una nueva generación de microimplantes

Apenas tienen el tamaño de una miniatura, pueden comunicarse entre sí y responderse entre sí, y están diseñados para facilitar la vida de las personas con limitaciones funcionales. Hablamos de una nueva generación de microimplantes interactivos desarrollados por el clúster de innovación INTAKT, que cuenta con el apoyo del Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (BMBF) y coordinado por el Instituto Fraunhofer de Ingeniería Biomédica IBMT. Estos asistentes en miniatura pueden actuar como un estímulo en casos de tinnitus o trastornos del tracto digestivo o ayudar a que la mano de una persona recupere la capacidad de agarre.

El desarrollo de diminutos asistentes que se pueden implantar en el cuerpo tiene como objetivo mejorar la calidad de vida de las personas con limitaciones funcionales. Los implantes activos, como los marcapasos cerebrales o cardíacos, pueden estimular los nervios mediante pulsos eléctricos. A diferencia de muchas drogas, tienen un efecto local directo. Debido a que funcionan con señales eléctricas, prácticamente no tienen efectos secundarios. Sin embargo, tienen algunas desventajas: por ejemplo, las conexiones de cable entre el implante central y los electrodos pueden romperse y sus baterías deben reemplazarse periódicamente.

El clúster de innovación INTAKT (Interactive Microimplants) se estableció con el objetivo de desarrollar una nueva generación de microimplantes activos conectados de forma inalámbrica que pudieran implantarse en el cuerpo de por vida. Liderados por Fraunhofer IBMT, los 18 socios del clúster de la industria, la ciencia y el sector médico desarrollaron una red de hasta doce microimplantes que pueden comunicarse entre sí de forma inalámbrica, segura y en tiempo real.

Los pacientes pueden adaptar los implantes a sus propias necesidades.

Además de comunicarse entre sí, los implantes también permiten que el paciente y el médico se comuniquen con la red desde el exterior en cualquier momento. «El paciente puede configurar sus implantes para satisfacer sus necesidades actuales en cualquier momento a través de su computadora portátil o teléfono inteligente y optimizar su tratamiento o proceso de recuperación en consulta con su médico», explica el Prof. Klaus-Peter Hoffmann, exjefe de Ingeniería Biomédica en Fraunhofer IBMT. . Esto permite que médicos y pacientes colaboren en igualdad de condiciones.

Para el proyecto de investigación conjunto INTAKT, los socios del clúster eligieron tres áreas de aplicación: tratar el tinnitus mediante la estimulación de la cóclea, aliviar los trastornos de la motilidad estimulando, retrasando o coordinando los movimientos intestinales y, al menos parcialmente, restaurando la capacidad de agarre de la mano en casos de paraplejía.

En el tratamiento del tinnitus, al paciente se le coloca un implante para cada oído. Los implantes estimulan la ventana redonda de la cóclea en el oído interno, modulando la actividad del nervio auditivo y «amortiguando» el ruido fantasma que hace que la vida cotidiana sea tan miserable para aproximadamente diez millones de personas en Alemania. Los trastornos de la motilidad gastrointestinal (trastornos del movimiento en el tracto gastrointestinal) pueden ocurrir después de una cirugía abdominal en pacientes diabéticos o parapléjicos. El tratamiento consiste en colocar implantes en puntos estratégicos del tracto gastrointestinal, donde cada uno de ellos recopila datos sobre la actividad de una sección del sistema del paciente y luego envía esta información a una unidad de control central. Esta unidad analiza los datos e instruye a los implantes correspondientes para estimular la parte afectada del tracto intestinal, asegurando que el proceso digestivo transcurra de la mejor manera posible.

La red de microimplantes estimula los músculos del antebrazo

La restauración parcial de la función de agarre de un paciente es un desafío particularmente complejo. Para abordar esto, los músculos del antebrazo pueden estimularse con hasta doce microimplantes, restaurando hasta ocho movimientos de la mano. El paciente controla los movimientos de sus manos a través de un sistema de seguimiento ocular mediante el cual ciertos movimientos establecidos de los ojos, los párpados y la cabeza envían comandos a la unidad de control central, que luego envía las instrucciones correspondientes a la red de implantes.

«El desarrollo de una red de implantes ha dado lugar a varias ventajas», explica Roman Ruff, ingeniero eléctrico y director de grupo de Fraunhofer IBMT. Uno de ellos es la bioestabilidad mejorada: «Integramos los sensores y actuadores directamente en la carcasa del dispositivo para evitar la necesidad de conexiones de cables frágiles». Los implantes interactúan entre sí a través de señales inalámbricas e infrarrojas. El Instituto Fraunhofer de Circuitos Integrados IIS ha desarrollado un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) altamente miniaturizado para los implantes. El ASIC puede detectar y transmitir bioseñales de áreas como los músculos del brazo o el estómago y los intestinos, al mismo tiempo que activa las señales eléctricas necesarias para estimularlas.

Las baterías se cargan de forma inductiva y adaptativa

Sin embargo, el problema del suministro de energía está provocando un retraso en el proceso de desarrollo de estas miniaturas de alta tecnología. Las baterías ocupan espacio y deben reemplazarse regularmente. Esto es particularmente problemático cuando se trata de una red de implantes porque el consumo de energía de cada dispositivo es diferente según cómo se utilice. El grupo INTAKT está optando por la carga inductiva en su lugar. Esto significa que la unidad de control central puede suministrar energía de manera confiable a la red de implantes, las 24 horas del día. En cada una de las tres aplicaciones descritas anteriormente, el paciente puede usar esta estación base como un brazalete alrededor del brazo o el abdomen o como un dispositivo portátil para el oído.

«Este suministro de energía externo garantiza que la red de implantes se mantenga estable a largo plazo», destaca el Prof. Hoffmann. «Además, el suministro de energía es adaptativo: cada implante individual recibe la cantidad exacta de energía que necesita». En caso de emergencia, los implantes incluyen una batería para almacenamiento intermedio; esto también se carga a través del sistema inductivo a intervalos regulares.

Las pruebas preclínicas iniciales y los ensayos con usuarios experimentales han demostrado que las aplicaciones desarrolladas hasta ahora por el clúster INTAKT funcionan como deberían. Este es solo el primer paso en el largo camino que termina con la puesta en práctica clínica del desarrollo para que pueda ser utilizado para ayudar a los pacientes.