Investigadores de las universidades Northwestern y George Washington GW han desarrollado el primer marcapasos transitorio: un dispositivo de estimulación inalámbrico, sin batería y totalmente implantable que desaparece cuando ya no es necesario.
El dispositivo delgado, flexible y liviano podría usarse en pacientes que necesitan estimulación temporal después de una cirugía cardíaca o mientras esperan un marcapasos permanente. Todos los componentes del marcapasos son biocompatibles y se absorben naturalmente en los biofluidos del cuerpo en el transcurso de cinco a sietesemanas, sin necesidad de extracción quirúrgica.
El dispositivo recolecta energía de forma inalámbrica de una antena remota externa utilizando protocolos de comunicación de campo cercano, la misma tecnología utilizada en los teléfonos inteligentes para pagos electrónicos y en etiquetas RFID. Esto elimina la necesidad de baterías voluminosas y hardware rígido, incluidos cables oLos cables no solo pueden introducir infecciones, sino que también pueden quedar envueltos en tejido cicatricial, causando más daño cuando se retiran.
El estudio se publicará el 28 de junio en la revista Biotecnología de la naturaleza. El documento demuestra la eficacia del dispositivo en una serie de modelos animales grandes y pequeños.
"El hardware colocado en o cerca del corazón crea riesgos de infección y otras complicaciones", dijo John A. Rogers de Northwestern, quien dirigió el desarrollo del dispositivo. "Nuestros marcapasos transitorios inalámbricos superan las desventajas clave de los dispositivos temporales tradicionales al eliminar la necesidad decables percutáneos para procedimientos de extracción quirúrgica, lo que ofrece la posibilidad de reducir los costos y mejorar los resultados en la atención del paciente. Este tipo inusual de dispositivo podría representar el futuro de la tecnología de estimulación temporal ".
"A veces los pacientes solo necesitan marcapasos temporalmente, tal vez después de una cirugía a corazón abierto, un ataque cardíaco o una sobredosis de medicamentos", dijo el Dr. Rishi Arora, cardiólogo de Northwestern Medicine que codirigió el estudio. "Una vez que el corazón del paciente se estabiliza,podemos quitar el marcapasos. El estándar de atención actual consiste en insertar un cable, que permanece en su lugar durante tres a siete días. Estos tienen el potencial de infectarse o desprenderse ".
"La plataforma de electrónica transitoria abre un capítulo completamente nuevo en la medicina y la investigación biomédica", dijo Igor Efimov de GW, quien codirigió el estudio con Rogers y Arora. "Los materiales bioabsorbibles en la base de esta tecnología hacen posible crearuna gran cantidad de dispositivos transitorios de diagnóstico y terapéuticos para monitorear la progresión de enfermedades y terapias, administrar terapias eléctricas, farmacológicas, celulares, reprogramación de genes y más ".
Rogers es el profesor 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 medicinaen Feinberg y codirector del Centro de Investigación de Arritmias. Efimov es el Profesor Alisann y Terry Collins de Ingeniería Biomédica en GW.
deshacerse de clientes potenciales restrictivos y arriesgados
Actualmente, para configurar un marcapasos temporal después de una cirugía a corazón abierto, los cirujanos deben coser electrodos de marcapasos temporales en el músculo cardíaco durante la cirugía. Estos tienen cables que salen por la parte frontal del pecho del paciente y se conectan a una caja de marcapasos externa que administra uncorriente para controlar el ritmo cardíaco.
Cuando ya no se necesita el marcapasos temporal, los médicos retiran los electrodos del marcapasos. Aunque es poco común, las posibles complicaciones de los marcapasos temporales implantados incluyen infección, desprendimiento, desgarro o daño de tejidos, sangrado y coágulos de sangre.
Con el marcapasos transitorio de Northwestern y GW, los cirujanos y los pacientes pueden eludir este procedimiento potencialmente riesgoso. El dispositivo completamente implantable es liviano y delgado: 250 micrones de grosor y pesa menos de medio gramo. Suave y flexible, encapsula electrodos que se laminan suavementesobre la superficie del corazón para emitir un pulso eléctrico.
"En lugar de usar cables que pueden infectarse y desprenderse, podemos implantar este marcapasos biocompatible sin cables", dijo Arora. "El circuito se implanta directamente en la superficie del corazón y podemos activarlo de forma remota. Durante un período desemanas, este nuevo tipo de marcapasos se 'disuelve' o se degrada por sí solo, evitando así la necesidad de retirar físicamente los electrodos del marcapasos. Esto es potencialmente una gran victoria para los pacientes posoperatorios.
"Con más modificaciones, eventualmente puede ser posible implantar tales marcapasos biorreabsorbibles a través de una vena en la pierna o el brazo", agregó. "En este caso, también puede ser posible proporcionar estimulación temporal a pacientes que han sufrido unaataque cardíaco o para pacientes que se someten a procedimientos con catéter, como reemplazo de válvula aórtica transcatéter ".
Priorizar la comodidad del paciente
El cirujano cardíaco de Northwestern Medicine, el Dr. Duc Thinh Pham, que no participó en la investigación, imagina que un marcapasos transitorio sin duda haría que sus pacientes se sintieran más cómodos. Con los marcapasos actuales, los pacientes suelen sentir molestias durante días después de que se insertan los cables.Deben limitar sus movimientos y actividades para evitar que los cables se salgan.
"Este marcapasos transitorio es brillante", dijo Pham, quien ha realizado más de 2000 cirugías cardíacas a lo largo de su carrera. "Además de abordar el problema principal de los pacientes ocasionales después de una cirugía cardíaca que necesitan estimulación temporal debido a bloqueos o arritmias, elEl dispositivo aborda la cuestión secundaria de la comodidad del paciente, la capacidad de moverse libremente y rehabilitarse. 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 bioabsorbible del laboratorio de Rogers, que ha estado estudiando la electrónica transitoria durante más de una década. En 2018, Rogers y sus colegas demostraron el primer dispositivo electrónico bioabsorbible del mundo: un implante biodegradable que acelera la regeneración nerviosa.Los dispositivos biorreabsorbibles del equipo son completamente inofensivos, similares a los puntos absorbibles. Después de degradarse por completo, los dispositivos desaparecen por completo a través de los procesos biológicos naturales del cuerpo.
"Es evidente que existe una necesidad de 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 supe por primera vez sobre los productos biorreabsorbiblesestimulador nervioso, me comuniqué con el profesor Rogers para explorar la posibilidad de usar esta tecnología para estimular el corazón. Él ya había comenzado a trabajar con el Dr. Efimov para desarrollar una versión pequeña de un marcapasos biorreabsorbible como prueba de concepto. Luego trabajamos con ambos equipospara desarrollar una versión más grande de un marcapasos cardíaco biorreabsorbible, sin cables, que podría ser eficaz a escala humana. Es un gran ejemplo de lo que podemos crear en Northwestern al unir la experiencia en ingeniería y medicina ".
Dependiendo del paciente, es posible que se necesite un marcapasos temporal desde un par de días hasta varias semanas. Al variar la composición y el grosor de los materiales en el dispositivo, el equipo de Rogers puede controlar la cantidad precisa de días que permanece funcional antes de disolverse.
"Construimos estos dispositivos con diferentes tipos de materiales bioabsorbibles seguros y en arquitecturas optimizadas para garantizar un funcionamiento estable durante un período de tiempo algo más largo de lo clínicamente necesario", dijo Rogers. "Podemos adaptar los dispositivos para abordar un amplio espectrode vidas relevantes. Las tecnologías transitorias, en general, algún día podrían proporcionar terapia o tratamiento para una amplia variedad de condiciones médicas, sirviendo, en cierto sentido, como una forma de ingeniería de la medicina ".
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