Ingenieros de la Universidad Northwestern han creado un nuevo marcapasos revolucionario, más pequeño que un grano de arroz, que puede ser inyectado en el cuerpo y se disuelve naturalmente después de su uso. Este innovador dispositivo, controlado por un dispositivo portátil montado en el pecho que utiliza pulsos de luz, aborda una necesidad crítica de estimulación cardíaca temporal, particularmente para recién nacidos con defectos cardíacos congénitos y pacientes en recuperación de cirugía cardíaca, ofreciendo una alternativa más segura y menos invasiva a los marcapasos tradicionales.

Ingenieros de la Universidad Northwestern han logrado un avance significativo en tecnología médica con el desarrollo del marcapasos más pequeño del mundo. Este innovador dispositivo es tan notablemente pequeño que puede ser inyectado en el cuerpo de forma no invasiva utilizando una jeringa estándar. Esta miniaturización representa un avance crucial, particularmente para las poblaciones de pacientes vulnerables.

Aunque es capaz de funcionar con corazones de varios tamaños, el minúsculo marcapasos es especialmente adecuado para los corazones delicados y pequeños de los recién nacidos que padecen defectos cardíacos congénitos. Esta aplicación específica aborda una necesidad clínica crítica insatisfecha en cardiología pediátrica, donde los métodos de estimulación tradicionales presentan desafíos significativos debido al tamaño y la fragilidad de los corazones infantiles.

Con un tamaño inferior al de un grano de arroz, el marcapasos funciona en conjunto con un dispositivo pequeño, suave, flexible, inalámbrico y portátil. Esta unidad externa está diseñada para montarse cómodamente en el pecho del paciente y sirve como centro de control de la estimulación. El dispositivo portátil monitorea inteligentemente los latidos del corazón del paciente y, al detectar un ritmo irregular, emite automáticamente un pulso de luz.

Este pulso de luz, que es capaz de penetrar a través de la piel, el esternón y los músculos del paciente, actúa como señal de activación del marcapasos implantado. Los pulsos de luz cortos y dirigidos controlan eficazmente la estimulación del corazón, proporcionando la estimulación eléctrica necesaria para restaurar un ritmo normal sin la necesidad de conexiones cableadas invasivas.

Una característica clave de este revolucionario marcapasos es su naturaleza disoluble. Diseñado para pacientes que solo requieren estimulación temporal, el dispositivo está diseñado para descomponerse naturalmente y ser absorbido por los fluidos biológicos del cuerpo una vez que su función terapéutica ya no es necesaria. Esto elimina la necesidad de extracción quirúrgica, un proceso que conlleva riesgos y complicaciones inherentes asociados con los marcapasos temporales tradicionales.

Los componentes biocompatibles del marcapasos aseguran que el proceso de disolución sea inofensivo y se integre perfectamente en los procesos naturales del cuerpo. Esta capacidad de autodisolución representa una mejora importante con respecto a los métodos actuales de estimulación temporal, que requieren un segundo procedimiento quirúrgico para extraer el dispositivo y sus cables asociados.

La eficacia de este nuevo marcapasos se ha demostrado rigurosamente a través de extensas pruebas. El estudio, publicado en la prestigiosa revista Nature, proporciona evidencia convincente del rendimiento del dispositivo en una variedad de modelos, incluidos sujetos animales grandes y pequeños, así como corazones humanos obtenidos de donantes de órganos fallecidos. Estos ensayos preclínicos son cruciales para validar la seguridad y la eficacia de la tecnología antes de su posible aplicación en humanos.

Según el pionero en bioelectrónica de Northwestern, John A. Rogers, quien encabezó el desarrollo del dispositivo, “Hemos desarrollado lo que, hasta donde sabemos, es el marcapasos más pequeño del mundo”. Enfatiza la necesidad crítica de marcapasos temporales en cirugías cardíacas pediátricas y destaca la importancia primordial de la miniaturización del tamaño en este contexto, afirmando: “En términos de la carga del dispositivo en el cuerpo, cuanto más pequeño, mejor”. Esto subraya el impacto significativo que el pequeño tamaño del dispositivo tiene en la comodidad del paciente y la reducción del riesgo.

El cardiólogo experimental de Northwestern, Igor Efimov, que codirigió el estudio, profundizó en la motivación principal detrás del proyecto, afirmando: “Nuestra principal motivación fueron los niños”. Señala que aproximadamente el 1% de los niños nacen con defectos cardíacos congénitos en todo el mundo, independientemente de los factores socioeconómicos. Si bien muchos de estos niños solo requieren estimulación temporal después de la cirugía, típicamente durante unos siete días hasta que sus corazones se autorreparan, este período crítico es vital para la recuperación. Efimov destaca la ventaja del nuevo dispositivo, afirmando: “Ahora, podemos colocar este pequeño marcapasos en el corazón de un niño y estimularlo con un dispositivo suave, delicado y portátil. Y no es necesaria ninguna cirugía adicional para retirarlo”.

Este trabajo innovador se basa en una colaboración exitosa anterior entre Rogers y Efimov, que resultó en el desarrollo del primer dispositivo disoluble para estimulación temporal. Muchos pacientes requieren estimulación temporal después de una cirugía cardíaca, ya sea como puente a un marcapasos permanente o para ayudar a restaurar un ritmo cardíaco normal durante el período de recuperación.

El estándar de atención actual para la estimulación temporal implica que los cirujanos cosan electrodos directamente en el músculo cardíaco durante la cirugía. Los cables conectados a estos electrodos luego salen del pecho del paciente y se conectan a una caja de estimulación externa que suministra corriente eléctrica para regular el ritmo cardíaco.

Cuando el marcapasos temporal ya no es necesario, los médicos deben extirpar quirúrgicamente los electrodos. Este procedimiento conlleva posibles complicaciones, como infección en el sitio de inserción del cable, desprendimiento de los electrodos, daño a los tejidos circundantes, sangrado y la formación de coágulos sanguíneos.

Efimov describe vívidamente los inconvenientes del método actual, afirmando: “Los cables sobresalen literalmente del cuerpo, conectados a un marcapasos fuera del cuerpo”. Explica la dificultad para extraer estos cables, que pueden quedar incrustados en el tejido cicatricial, dañando potencialmente el músculo cardíaco durante la extracción. Cita trágicamente el caso de Neil Armstrong, quien, según se informa, murió de hemorragia interna después de la extracción de los cables del marcapasos temporal después de una cirugía de bypass.

En respuesta directa a esta necesidad clínica crítica, Rogers, Efimov y sus equipos desarrollaron su innovador marcapasos disoluble, que se introdujo inicialmente en Nature Biotechnology en 2021. Esta iteración anterior era un dispositivo delgado, flexible y liviano que eliminaba la necesidad de baterías voluminosas y hardware rígido, incluidos los problemáticos cables. El laboratorio de Rogers había sido pionero en el concepto de medicina electrónica biorreabsorbible: dispositivos electrónicos diseñados para brindar beneficios terapéuticos y luego disolverse de forma segura dentro del cuerpo, de manera similar a las suturas absorbibles. Al controlar cuidadosamente la composición y el grosor de los materiales utilizados, el equipo de Rogers puede determinar con precisión la duración durante la cual estos dispositivos permanecen funcionales antes de disolverse.

Si bien el marcapasos disoluble original del tamaño de un cuarto de dólar demostró resultados prometedores en estudios preclínicos con animales, los cirujanos cardíacos expresaron el deseo de una mayor miniaturización para facilitar la implantación no invasiva y hacer que el dispositivo fuera aún más adecuado para los pacientes más pequeños. Sin embargo, el dispositivo inicial se alimentaba utilizando protocolos de comunicación de campo cercano, la misma tecnología que se encuentra en los teléfonos inteligentes para pagos electrónicos y en las etiquetas RFID, lo que requería la inclusión de una antena integrada.

Rogers explica el desafío que planteaba el diseño anterior, afirmando: “Nuestro marcapasos original funcionaba bien. Era delgado, flexible y totalmente reabsorbible. Pero el tamaño de su antena receptora limitaba nuestra capacidad de miniaturizarlo”. Para superar esta limitación y lograr la reducción de tamaño deseada, el equipo desarrolló un nuevo enfoque para el control inalámbrico. En lugar de depender de un esquema de radiofrecuencia, idearon un sistema basado en la luz para activar el marcapasos y entregar pulsos de estimulación a la superficie del corazón. Rogers enfatiza el impacto de esta innovación, afirmando: “Esta es una característica que nos permitió reducir drásticamente el tamaño”.

Ingenieros de la Universidad Northwestern han desarrollado el marcapasos más pequeño del mundo, inyectable y diseñado para disolverse naturalmente tras su uso temporal, eliminando riesgos de extracción quirúrgica. Esta innovación, impulsada por pulsos de luz de un dispositivo portátil, beneficia especialmente a recién nacidos con defectos cardíacos congénitos y aborda la necesidad crítica de estimulación temporal tras cirugías cardíacas, revolucionando potencialmente la cardiología pediátrica. Para profundizar en la ciencia de la electrónica bioabsorbible, explore el trabajo de John A. Rogers sobre el tema.