A pesar de todos sus poderes místicos, el corazón es algo bastante simple. Es una bomba: sangre adentro, sangre afuera. Y eso ha hecho que no sea tan difícil de copiar.
Pero los pulmones son otra cosa. Nadie le aconsejará nunca que "siga sus pulmones" o se lamente de un "pulmón roto", lo cual es una pena. Porque es un órgano complicado.
Pocas personas entienden esto tan bien como William Federspiel, investigador de bioingeniería y profesor de la Universidad de Pittsburgh. Durante los últimos 20 años más o menos, ha estado trabajando en el diseño de un pulmón artificial. Ha sido un desafío, reconoce.
"La tecnología para los pacientes con insuficiencia pulmonar está muy por detrás de la tecnología para las personas con insuficiencia cardíaca", dice. “Todo se reduce a un hecho bastante simple: es bastante fácil diseñar una bomba pequeña que pueda bombear sangre al ritmo de flujo que hace el corazón.
“Pero el pulmón es solo un órgano increíble para intercambiar gas entre la atmósfera y la sangre que fluye a través de los pulmones. No hay tecnología que haya podido acercarse a lo que puede hacer el pulmón humano ”.
Pulmón en una mochila
Dicho esto, Federspiel y su equipo de investigación se están acercando. Ya han inventado un dispositivo llamado Sistema de Asistencia Respiratoria Hemolung (RAS) que realiza lo que se describe como "diálisis respiratoria", eliminando dióxido de carbono de la sangre de un paciente. Está siendo producido por una startup de Pittsburgh, fundada por Federspiel llamada ALung Technologies, y podría someterse a pruebas en ensayos clínicos de EE. UU. A fines de este año o principios de 2018. Ya está aprobado para su uso en Europa, Canadá y Australia.
Ahora están avanzando en un dispositivo mucho más pequeño, para el cual han solicitado una patente, solo que este está diseñado para elevar los niveles de oxígeno en la sangre de una persona. Además, a principios de este año, los investigadores recibieron una subvención de $ 2.35 millones de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) para desarrollar una versión de su pulmón artificial para niños.
En pocas palabras, la última investigación de Federspiel se centra en refinar un pulmón mecánico que funciona fuera del cuerpo, pero que es lo suficientemente pequeño como para llevarlo dentro de una mochila o funda. Se conectaría a la vena cava del paciente, una vena grande que lleva sangre al corazón, a través de una cánula o tubo, insertado en la vena yugular en la garganta. Él o ella aún necesitarían respirar oxígeno de un tanque portátil.
Esto, señala Federspiel, permitiría a la persona tener más movilidad en el hospital en lugar de estar confinada en una cama. Eso es crítico, porque si los pacientes no pueden moverse, sus músculos se debilitan y sus posibilidades de recuperarse de una infección pulmonar grave disminuyen. Se considera que el dispositivo es particularmente beneficioso para los pacientes que esperan un trasplante de pulmón, como las personas con fibrosis quística.
"No tenemos la intención en este momento de que puedan salir del hospital con uno de estos sistemas", dice, "pero al menos dentro del hospital, podrían levantarse y caminar".
La maldición de los coágulos.
Ha habido otros avances recientes en la recreación de los pulmones humanos. El año pasado, los científicos del Laboratorio Nacional de Los Alamos en Nuevo México anunciaron que habían creado un dispositivo en miniatura hecho de polímeros que funciona como un pulmón, y está diseñado para imitar la respuesta del órgano a las drogas, toxinas y otros elementos ambientales con fines de prueba.
En la República Checa, los científicos de la Universidad Tecnológica de Brno dijeron que desarrollaron una versión impresa en 3D de un pulmón que puede simular afecciones como el asma y otros problemas pulmonares crónicos, y que les permitirá a los médicos aportar más precisión a cómo tratar afecciones pulmonares
Sin embargo, ambos proyectos están destinados a ayudar a los investigadores a aprender más sobre las afecciones y los tratamientos, mientras que la investigación de Federspiel, así como el trabajo similar que se realiza cerca de Pittsburgh en la Universidad Carnegie Mellon, está más orientado a ayudar a los pacientes a mejorar su pronóstico a largo plazo. .
El nuevo dispositivo, diseñado para elevar los niveles de oxígeno en la sangre, debe soportar un flujo sanguíneo más intenso que la máquina que reduce el dióxido de carbono. Entonces, como señala Federspiel, enfrenta el desafío de lidiar con lo que a menudo le sucede a la sangre cuando fluye sobre una superficie artificial: se coagula.
Todo tiene que ver con el sofisticado intercambio de gases que es clave para la función pulmonar y cómo se imita en el dispositivo. "La unidad de intercambio de gases [en el dispositivo] está compuesta por una gran cantidad de tubos de polímero que tienen aproximadamente el doble del grosor de un cabello humano", explica. “Son permeables al gas, por lo que cuando la sangre fluye por el exterior de estos tubos, pasamos 100 por ciento de oxígeno a través del interior de los tubos. El oxígeno pasa a la sangre por difusión y el dióxido de carbono sale de la sangre hacia la corriente de gas que fluye a través del dispositivo ".
El problema es que la sangre que pasa entra en contacto con una superficie artificial relativamente grande, lo que aumenta la posibilidad de que se formen coágulos. Es una gran razón por la cual no es realista en este momento considerar implantar dispositivos pulmonares como este dentro del cuerpo de un paciente. Probablemente tendrían que ser reemplazados cada pocos meses.
Federspiel dice que recientemente su equipo pudo probar el nuevo dispositivo en ovejas durante cinco días sin ningún problema. Las ovejas se usan porque sus sistemas cardiovasculares son similares a los humanos. Pero él y su equipo también están trabajando con una compañía para desarrollar recubrimientos especiales que esperan reduzcan en gran medida la coagulación. Eso también permitiría a los médicos reducir significativamente el nivel de medicamentos anticoagulantes que los pacientes tendrían que tomar.
El siguiente paso, dice, es una prueba en animales de 30 días que compararía los resultados de los dispositivos tanto con el recubrimiento como sin él. Él estima que los ensayos clínicos en humanos aún podrían estar a cuatro o cinco años de distancia.
Pero Federspiel no está disuadido por el ritmo deliberado de crear un dispositivo que funcione tan bien como el pulmón humano. Es muy consciente de lo exigente que puede ser.
"Un pulmón artificial todavía tiene que funcionar como el pulmón humano", dice. "Cuando doy charlas sobre esto, lo primero que digo es que el pulmón es un órgano increíble".
