Implante de "tatuaje" de grafeno trata la arritmia cardíaca con luz

Las arritmias cardíacas, o trastornos del ritmo cardíaco, ocurren cuando el corazón late demasiado rápido o demasiado lento. Si bien algunos casos no son graves, muchos pueden provocar insuficiencia cardíaca, accidente cerebrovascular o incluso muerte súbita. Las arritmias a menudo se tratan con marcapasos y desfibriladores implantables que detectan y corrigen los latidos cardíacos anormales mediante estimulación eléctrica. Sin embargo, la naturaleza rígida de estos dispositivos puede limitar los movimientos naturales del corazón, dañr los tejidos blandos y causar molestias y complicaciones como hinchazón, perforaciones, coágulos de sangre e infecciones. Ahora, los investigadores han desarrollado el primer implante cardíaco utilizando grafeno, un supermaterial bidimensional conocido por su resistencia, ligereza y propiedades de conducción.

Desarrollado por investigadores de la Universidad Northwestern (Evanston, IL, EUA), el implante de "tatuaje" de grafeno se parece al tatuaje temporal de niños, pero funciona como un marcapasos tradicional a pesar de ser más delgado que un solo cabello. En comparación con los marcapasos actuales y los desfibriladores implantados hechos de materiales rígidos que son mecánicamente incompatibles con el cuerpo humano, el nuevo dispositivo se fusiona suavemente con el corazón para detectar y tratar los latidos cardíacos irregulares al mismo tiempo. Además de ser lo suficientemente delgado y flexible para adaptarse a los delicados contornos del corazón, el implante también es lo suficientemente elástico y fuerte para tolerar los movimientos dinámicos de un corazón que late.

Los investigadores buscaron crear un dispositivo biocompatible que pudiera adaptarse a los tejidos blandos y dinámicos. Después de considerar varios materiales, eligieron el grafeno, una forma atómicamente delgada de carbono con aplicaciones potenciales en electrónica de alto rendimiento, materiales de alta resistencia y dispositivos de energía. El equipo ya estaba desarrollando tatuajes electrónicos de grafeno (GET) con capacidades de detección que se adhieren a la piel y monitorean continuamente los signos vitales, incluida la presión arterial y la actividad eléctrica del cerebro, el corazón y los músculos. Sin embargo, necesitaban explorar nuevos métodos para usar estos dispositivos dentro del cuerpo, directamente sobre la superficie del corazón.

Para lograr esto, los investigadores desarrollaron una nueva técnica para revestir el tatuaje de grafeno y adherirlo a la superficie de un corazón que late. Encapsularon el grafeno en una membrana de silicona elástica y flexible con un orificio que proporcionaba acceso al electrodo interior de grafeno. Luego colocaron cinta de oro (de 10 micras de espesor) sobre la capa de encapsulación para que sirviera como interconexión eléctrica entre el grafeno y la electrónica externa utilizada para medir y estimular el corazón. El grosor total de todas las capas juntas es de unas 100 micras, lo que lo convierte en el implante cardíaco más delgado que se conoce.

En un modelo de rata, los investigadores demostraron que el tatuaje de grafeno podía detectar con éxito ritmos cardíacos irregulares y enviar estimulación eléctrica a través de una serie de pulsos sin restringir o alterar los movimientos naturales del corazón. Además, la tecnología es ópticamente transparente, lo que permite a los investigadores realizar una optocardiografía, utilizando luz para seguir y modular el ritmo cardíaco, en el estudio con animales. Este método ofrece una nueva forma de diagnosticar y tratar enfermedades del corazón y abre posibilidades para la optogenética, un método para controlar y monitorear células individuales con luz. Si bien la estimulación eléctrica puede corregir los ritmos cardíacos anormales, la estimulación óptica proporciona una mayor precisión, lo que permite a los investigadores rastrear enzimas específicas y examinar células cardíacas, musculares o nerviosas particulares.

“Uno de los desafíos para los marcapasos y desfibriladores actuales es que son difíciles de colocar en la superficie del corazón”, dijo Igor Efimov de Northwestern, autor principal del estudio. “Los electrodos de los desfibriladores, por ejemplo, son esencialmente bobinas hechas de alambres muy gruesos. Estos alambres no son flexibles y se rompen. Las interfaces rígidas con los tejidos blandos, como el corazón, pueden causar diversas complicaciones. Por el contrario, nuestro dispositivo suave y flexible no solo es discreto, sino que también se adapta de manera íntima y sin problemas directamente al corazón para brindar mediciones más precisas”.

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Universidad Northwestern