Implantes espinales inalámbricos de metamateriales pueden sentir, curar y comunicarse

La fusión espinal, una cirugía común que se realiza a casi un millón de estadounidenses cada año, a menudo requiere visitas hospitalarias repetidas y exposición a radiación para monitorear la recuperación. El monitoreo tradicional se basa en radiografías y evaluaciones presenciales, lo que expone a los pacientes a la radiación y limita la visibilidad entre visitas. Si bien existen implantes inalámbricos, estos suelen depender de baterías y componentes electrónicos que se degradan con el tiempo. Ahora, los investigadores están desarrollando el primer implante espinal autoalimentado capaz de transmitir datos en tiempo real desde el interior del cuerpo.

La innovación desarrollada por investigadores de la Universidad de Pittsburgh (Pittsburgh, Pensilvania, EUA) podría transformar la recuperación tras una fusión espinal, al permitir a los médicos monitorizar la cicatrización a distancia e intervenir precozmente ante cualquier complicación. Este nuevo enfoque elimina las limitaciones existentes al adaptar una tecnología de detección autoalimentada originalmente diseñada para monitorear puentes.

Mediante el uso de metamateriales, compuestos de ingeniería formados por estructuras conductoras y no conductoras entrelazadas, el equipo ha creado un implante que genera energía por electrificación por contacto, sin necesidad de baterías, antenas ni componentes electrónicos internos. Estas "jaulas inteligentes" proporcionan tanto estabilidad estructural como retroalimentación continua e inalámbrica sobre el proceso de curación.

A medida que la columna vertebral sana y el tejido óseo se fortalece, la presión sobre el implante disminuye, lo que conlleva una reducción natural de la señal que genera. Los datos se transmiten a un electrodo externo en la espalda del paciente y luego a la nube, donde los médicos pueden interpretar el progreso de la curación en tiempo real.

Mediante inteligencia artificial generativa (IA), los investigadores pueden diseñar implantes personalizados para cada paciente, optimizados en rigidez, geometría y generación de energía.. Las pruebas in vitro ya han validado el sistema, y se prevé realizar próximamente ensayos in vivo en animales, lo que allanará el camino para los futuros ensayos clínicos en humanos.

"Sin baterías, sin antenas, sin componentes electrónicos in vivo: ¡sin preocupaciones!", afirmó el Dr. Amir Alavi, investigador principal. "Al combinar el diseño de metamateriales con la recolección de nanoenergía, creamos implantes completamente libres de baterías y componentes electrónicos que se alimentan por sí mismos mediante electrificación por contacto. Se adaptan a cada paciente y transmiten señales de forma inalámbrica, como un pequeño enrutador dentro del cuerpo".

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Universidad de Pittsburgh