El marcapasos más pequeño del mundo cabe en la punta de una jeringa

Después de una cirugía cardíaca, muchos pacientes requieren marcapasos temporales, ya sea para regular la frecuencia cardíaca mientras esperan un marcapasos permanente o para mantener un ritmo cardíaco normal durante la recuperación. El estándar actual de atención implica que los cirujanos coloquen electrodos en el músculo cardíaco durante la operación. Los cables de estos electrodos salen del pecho y se conectan a un dispositivo de estimulación externo, que suministra corriente para controlar el ritmo del corazón. Una vez que el marcapasos temporal ya no es necesario, se retiran los electrodos.

Sin embargo, este proceso puede provocar complicaciones como infecciones, desplazamiento de los electrodos, daño en los tejidos, hemorragias y coágulos sanguíneos. En respuesta a estos desafíos, los ingenieros han desarrollado un marcapasos lo suficientemente pequeño como para caber dentro de una jeringa, lo que permite su inyección no invasiva en el cuerpo. Este marcapasos está diseñado para uso temporal, especialmente para recién nacidos con cardiopatías congénitas y aquellos con corazones pequeños y frágiles.

Desarrollado por ingenieros de la Universidad Northwestern (Evanston, IL, EUA), este marcapasos es más pequeño que un grano de arroz y está acoplado a un dispositivo portátil, suave, flexible e inalámbrico. Este dispositivo se coloca en el pecho del paciente y controla el marcapasos. Al detectar un latido irregular, el dispositivo portátil emite un pulso de luz que activa el marcapasos. Estos pulsos de luz penetran la piel, los músculos y el esternón del paciente para controlar la estimulación.

El marcapasos se disuelve una vez que ya no se necesita, ya que todos sus componentes son biocompatibles y se degradan de forma segura en los biofluidos del cuerpo, eliminando así la necesidad de extirpación quirúrgica. La eficacia de este innovador dispositivo se ha demostrado en modelos animales grandes y pequeños, así como en corazones humanos de donantes fallecidos, y sus hallazgos se han publicado en la revista Nature.

Esta investigación se basa en trabajos anteriores del mismo equipo, que desarrolló por primera vez un dispositivo disoluble para estimulación cardíaca temporal. En dicho estudio, el equipo presentó un marcapasos flexible, liviano y bioabsorbible que eliminaba la necesidad de baterías voluminosas, componentes rígidos y cables. También se exploró el concepto de electrónica bioabsorbible, que proporciona beneficios terapéuticos antes de disolverse de forma inocua, como las suturas absorbibles. Al ajustar la composición y el grosor de estos dispositivos, el equipo pudo controlar su vida útil antes de su disolución.

El marcapasos disoluble original funcionó bien en estudios preclínicos con animales, pero los cirujanos cardíacos recomendaron reducir su tamaño para permitir una implantación no invasiva y su uso en pacientes más pequeños. Inicialmente, el dispositivo dependía de la comunicación de campo cercano (NFC), la misma tecnología utilizada en teléfonos inteligentes para pagos y etiquetas RFID, lo que requería una antena integrada. En lugar de utilizar NFC para el control inalámbrico, el equipo creó un método basado en luz para activar el marcapasos y enviar pulsos de estimulación al corazón. Esta innovación permitió reducir drásticamente el tamaño del dispositivo.

Además, los investigadores replantearon la fuente de energía. En lugar de usar NFC, el nuevo marcapasos funciona con una celda galvánica, una batería simple que convierte la energía química en energía eléctrica. El dispositivo emplea dos metales diferentes como electrodos que, al entrar en contacto con los biofluidos del cuerpo, forman una batería. Las reacciones químicas resultantes generan la corriente eléctrica necesaria para estimular el corazón. Los investigadores utilizaron una longitud de onda de luz infrarroja que puede penetrar el cuerpo de forma segura y profunda. Si la frecuencia cardíaca del paciente desciende por debajo de cierto umbral, el dispositivo portátil lo detecta y activa automáticamente una luz LED. La luz parpadea a una frecuencia que imita el ritmo cardíaco normal.

A pesar de su diminuto tamaño (tan solo 1,8 milímetros de ancho, 3,5 milímetros de largo y 1 milímetro de grosor), el marcapasos proporciona el mismo nivel de estimulación que un marcapasos de tamaño normal. Gracias a su tamaño miniaturizado, los médicos pueden colocar varios marcapasos en diferentes zonas del corazón. Al utilizar diferentes longitudes de onda de luz, cada marcapasos puede controlarse de forma independiente, lo que permite una sincronización más sofisticada que los métodos tradicionales. Este sistema puede estimular diferentes regiones del corazón a distintos ritmos, ayudando potencialmente a eliminar arritmias en casos especiales.

“Hemos desarrollado lo que, hasta donde sabemos, es el marcapasos más pequeño del mundo”, dijo John A. Rogers, pionero en bioelectrónica de Northwestern, quien dirigió el desarrollo del dispositivo. “Existe una necesidad crucial de marcapasos temporales en el contexto de las cirugías cardíacas pediátricas, y ese es un caso de uso donde la miniaturización del tamaño es fundamental. En cuanto a la carga que el dispositivo representa para el cuerpo, mientras más pequeño sea, mejor”.