Investigadores de las universidades Northwestern y George Washington (GW), en Estados Unidos, han desarrollado el primer marcapasos transitorio de la historia: un dispositivo de estimulación inalámbrico, sin batería y totalmente implantable que desaparece cuando ya no es necesario, según publican en la revista Nature Biotechnology. Ya han demostrado su eficacia en modelos animales grandes y pequeños.
El dispositivo, fino, flexible y ligero, podría utilizarse en pacientes que necesiten un marcapasos temporal tras una intervención quirúrgica o a la espera de un marcapasos permanente. Todos los componentes del marcapasos son biocompatibles y se absorben de forma natural en los biofluidos del cuerpo en el transcurso de cinco a siete semanas, sin necesidad de extracción quirúrgica.
El marcapasos recoge energía de forma inalámbrica de una antena externa y remota mediante protocolos de comunicación de campo cercano, la misma tecnología que se utiliza en los teléfonos inteligentes para los pagos electrónicos y en las etiquetas RFID. Esto elimina la necesidad de baterías voluminosas y hardware rígido, incluidos los cables (o plomos). Los cables no sólo pueden introducir infecciones, sino que también pueden quedar envueltos en tejido cicatricial, causando más daños al ser retirados.
"Los dispositivos colocados en el corazón o cerca de él entrañan riesgos de infección y otras complicaciones - afirma John A. Rogers, de Northwestern, que dirigió el desarrollo del dispositivo -. Nuestros marcapasos inalámbricos y temporales superan los principales inconvenientes de los dispositivos temporales tradicionales al eliminar la necesidad de utilizar cables percutáneos para los procedimientos de extracción quirúrgica, lo que ofrece la posibilidad de reducir los costes y mejorar los resultados de la atención al paciente. Este tipo inusual de dispositivo podría representar el futuro de la tecnología de estimulación temporal".
"La plataforma de electrónica transitoria abre un capítulo totalmente nuevo en la medicina y la investigación biomédica"
"A veces los pacientes sólo necesitan marcapasos de forma temporal, quizá tras una operación a corazón abierto, un infarto o una sobredosis de fármacos - añade el Dr. Rishi Arora, cardiólogo de Northwestern Medicine que codirigió el estudio -. Una vez estabilizado el corazón del paciente, podemos retirar el marcapasos. El estándar actual de atención implica la inserción de un cable, que permanece en su lugar de tres a siete días. Estos tienen el potencial de infectarse o desprenderse".
Igor Efimov, de la GW, que codirigió el estudio con Rogers y Arora, explica que "la plataforma de electrónica transitoria abre un capítulo totalmente nuevo en la medicina y la investigación biomédica".
"Los materiales biorreabsorbibles en los que se basa esta tecnología permiten crear toda una serie de dispositivos transitorios de diagnóstico y terapéuticos para controlar la progresión de las enfermedades y las terapias, suministrar terapias eléctricas, farmacológicas y celulares, y reprogramar genes, entre otras cosas", añade.
En la actualidad, para implantar un marcapasos temporal tras una operación a corazón abierto, los cirujanos deben coser electrodos de marcapasos temporales en el músculo cardíaco durante la intervención. Estos cables salen de la parte delantera del pecho del paciente y se conectan a una caja de estimulación externa que suministra una corriente para controlar el ritmo del corazón.
El dispositivo, totalmente implantable, es ligero y fino: tiene 250 micras de grosor y pesa menos de medio gramo
Cuando el marcapasos temporal deja de ser necesario, los médicos retiran los electrodos del marcapasos. Aunque son poco frecuentes, las posibles complicaciones de los marcapasos temporales implantados incluyen infecciones, desprendimientos, desgarros o daños en los tejidos, hemorragias y coágulos de sangre.
Con este marcapasos, los cirujanos y los pacientes pueden evitar este procedimiento potencialmente arriesgado. El dispositivo, totalmente implantable, es ligero y fino: tiene 250 micras de grosor y pesa menos de medio gramo. Suave y flexible, encapsula electrodos que se laminan suavemente sobre la superficie del corazón para emitir un impulso eléctrico.
"En lugar de utilizar cables que pueden infectarse y desprenderse, podemos implantar este marcapasos biocompatible sin cables - explica Arora -. Los circuitos se implantan directamente en la superficie del corazón y podemos activarlos a distancia". A lo largo de varias semanas, este nuevo tipo de marcapasos se "disuelve" o degrada por sí solo, evitando así la necesidad de retirar físicamente los electrodos del marcapasos. Se trata de una victoria potencialmente importante para los pacientes postoperados.
"Con nuevas modificaciones, podría ser posible implantar estos marcapasos biorreabsorbibles a través de una vena de la pierna o el brazo - avanza -. En este caso, también podría ser posible proporcionar un marcapasos temporal a los pacientes que han sufrido un ataque al corazón o a los pacientes que se someten a procedimientos basados en catéteres, como el reemplazo de la válvula aórtica transcatéter".
Es un gran ejemplo de lo que podemos crear en Northwestern uniendo los conocimientos de ingeniería y medicina
El Dr. Duc Thinh Pham, cirujano cardíaco de Northwestern Medicine, que no participó en la investigación y ha realizado más de 2.000 cirugías cardíacas a lo largo de su carrera, destaca que, "además de resolver el problema principal de los pacientes ocasionales de poscirugía cardíaca que necesitan un marcapasos temporal debido a bloqueos o arritmias, el dispositivo aborda el problema secundario de la comodidad del paciente, su capacidad de moverse libremente y su rehabilitación. Si tiene éxito, este dispositivo mejorará en gran medida el curso postoperatorio del paciente".
Este es el segundo ejemplo de medicina electrónica biorreabsorbible del laboratorio de Rogers, que lleva más de una década estudiando la electrónica transitoria. En 2018, Rogers y sus colegas demostraron el primer dispositivo electrónico biorreabsorbible del mundo, un implante biodegradable que acelera la regeneración de los nervios.
"Es evidente que se necesitan mejores marcapasos cardíacos temporales - reconoce el Dr. Bradley Knight, Profesor Distinguido de Cardiología Chester C. y Deborah M. Cooley en Feinberg y coautor del estudio -. Cuando conocí el estimulador nervioso biorreabsorbible, me puse en contacto con el profesor Rogers para explorar la posibilidad de utilizar esta tecnología para marcar el ritmo cardíaco".
"Él ya había empezado a trabajar con el Dr. Efimov para desarrollar una pequeña versión de un marcapasos biorreabsorbible como prueba de concepto - recuerda -. A continuación, trabajamos con ambos equipos para desarrollar una versión más grande de un marcapasos cardíaco biorreabsorbible, sin plomo, que pudiera ser eficaz a escala humana. Es un gran ejemplo de lo que podemos crear en Northwestern uniendo los conocimientos de ingeniería y medicina".
Podemos adaptar los dispositivos para abordar un amplio espectro de tiempos de vida relevantes
Dependiendo del paciente, un marcapasos temporal puede ser necesario desde un par de días hasta varias semanas. Variando la composición y el grosor de los materiales del dispositivo, el equipo de Rogers puede controlar el número exacto de días que permanece funcional antes de disolverse.
"Construimos estos dispositivos con distintos tipos de materiales seguros y biorreabsorbibles y con arquitecturas optimizadas para garantizar un funcionamiento estable durante un periodo de tiempo algo más largo que el clínicamente necesario", explica Rogers.
"Podemos adaptar los dispositivos para abordar un amplio espectro de tiempos de vida relevantes - asegura -. Las tecnologías transitorias, en general, podrían algún día proporcionar terapia o tratamiento para una amplia variedad de condiciones médicas, sirviendo, en cierto sentido, como una forma de ingeniería de la medicina".