En estos días hay mucha expectación en torno a la electrónica portátil: Google, por ejemplo, se está expandiendo al negocio de las gafas, mientras que otras compañías están luchando por su participación en el mercado con clips y relojes de alta tecnología que rastrean lo que comes y cómo te mueves. .
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Pero ninguno de ellos es remotamente parecido a lo que está desarrollando John Rogers, el ganador del premio Smithsonian American Ingenuity 2013 en ciencias físicas. Verá, su dispositivo está diseñado no solo para que se ajuste como un guante, sino que tal vez algún día salve la vida del usuario.
El científico de materiales, junto con su equipo de estudiantes de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, han probado con éxito lo que mejor se describe como un calcetín para el corazón. El dispositivo, instalado en toda la superficie del corazón, está compuesto por una serie de sensores para controlar, con asombrosa precisión, el funcionamiento interno de este órgano tan vital. Si detecta una anormalidad preocupante, puede transmitir datos a profesionales médicos; En una emergencia, como durante un ataque cardíaco, incluso podría intervenir mediante la administración de un pulso inducido por electrodos.
Normalmente, el corazón bombea de una manera tan eficiente que apenas notamos que funciona. Pero para aquellos con afecciones del ritmo cardíaco, las contracciones cardíacas fuera de sincronización pueden ser debilitantes, causando aturdimiento, debilidad, vómitos y dolor en el pecho, para aquellos con arritmia o, en algunos casos, mortales. Con el tiempo, las irregularidades rítmicas pueden causar coágulos sanguíneos (que a veces conducen a accidentes cerebrovasculares) y, en casos extremos, paro cardíaco.
Los médicos generalmente pueden recetar medicamentos para corregir este tipo de problemas. Pero en algunos casos, los pacientes deben recurrir a intervenciones quirúrgicas como marcapasos o implantes de desfibrilador. Y aunque esos dispositivos funcionan lo suficiente, el mecanismo que utilizan para regular los latidos del corazón de una persona es en realidad bastante tosco. Con los implantes de desfibrilador, se coloca un par de electrodos dentro de la cámara del corazón. Cada vez que se detecta una arritmia potencialmente mortal, el desfibrilador envía una descarga eléctrica que aturde al corazón a un ritmo normal. El problema con ese enfoque, dice Rogers, es que la actividad de otra región del corazón puede, por error, desencadenar una sacudida dolorosa cuando realmente no es necesario.
El dispositivo de Rogers encierra el corazón en un sistema sensorial mucho más sofisticado que puede determinar exactamente dónde ocurre una irregularidad rítmica. En cierto sentido, funciona como las terminaciones nerviosas en una piel secundaria.
"Lo que queríamos era aprovechar toda la potencia de la tecnología de circuitos", dice Rogers sobre el dispositivo, que lleva dos años y medio de fabricación. "Con muchos electrodos, el dispositivo puede acelerar y estimular de una manera más específica. . Administrar calor o pulsos en lugares específicos, y hacerlo en dosis medibles que son lo suficientemente suficientes, es importante porque aplicar más de lo necesario no solo es doloroso sino que puede dañar el corazón. "
Este diagrama paso a paso ilustra cómo se creó el dispositivo cardíaco. (Universidad de Illinois y Universidad de Washington) Además de su potencial como implante cardíaco de emergencia, la elasticidad del calcetín cardíaco permite una variedad de otros sensores electrónicos y no electrónicos que pueden controlar los niveles de calcio, potasio y sodio, considerados indicadores clave de la salud del corazón. La membrana también se puede programar para rastrear los cambios en la presión mecánica, la temperatura y los niveles de pH (acidez), todo lo cual podría ayudar a señalar un ataque cardíaco inminente.
Para fabricar la vaina prototipo, los investigadores primero escanearon e imprimieron en 3D un modelo plástico del corazón de un conejo. Luego colocaron una red de 68 sensores electrónicos pequeños sobre el molde, cubriéndolo con una capa de material de caucho de silicona aprobado por la FDA. Después del juego de goma, los asistentes de laboratorio de Rogers despegaron el polímero preparado a medida.
Para probar la membrana, los investigadores la envolvieron alrededor de un verdadero corazón de conejo, conectado a una bomba mecánica. El equipo diseñó el dispositivo para que sea un poco más pequeño que el órgano real para darle un ajuste suave y parecido a un guante.
"Lo difícil aquí", dice Rogers, "es que la membrana necesita ser dimensionada de manera que pueda crear la presión suficiente para mantener los electrodos en contacto suficiente con la superficie. Si presiona demasiado, el corazón responderá una manera negativa ".
"Tiene que encajar perfectamente", agrega.
Como Michael McAlpine, un ingeniero mecánico en la Universidad de Princeton que no participó en la investigación, dijo a The Scientist : " Lo nuevo e impresionante aquí es que han integrado una serie de funcionalidades diferentes en una membrana que cubre toda la superficie del corazón "Esa extensión de sensores proporciona un alto nivel de resolución espacial para la monitorización cardíaca y ofrece más control cuando se trata de estimulación".
Entonces, ¿qué se necesitará para que este avance pase del laboratorio al paciente? Rogers estima al menos otra década de desarrollo antes de que algo pueda estar listo para el mercado médico. Mientras tanto, planea continuar colaborando con el ingeniero biomédico de la Universidad de Washington Igor Efimov para refinar la prueba de concepto en una tecnología práctica, segura y confiable.
Un obstáculo importante es descubrir cómo alimentar la membrana sin baterías convencionales. Actualmente, Rogers y su equipo están explorando algunas alternativas, como la carga por ultrasonido, un método en el que la energía se transmite de forma inalámbrica a través de la piel, así como el uso de materiales piezoeléctricos que capturan energía del entorno. Para este último, hay algún precedente para el éxito. Hace dos años, los ingenieros de la Universidad de Michigan aprovecharon dichos materiales para desarrollar un marcapasos alimentado únicamente por los latidos del corazón de su usuario.
"Dado que estamos tratando de incorporar muchos más sensores, además de suministrar impulsos eléctricos y calor, se necesitará más energía que la cantidad generada por los marcapasos convencionales", dice Rogers. "En el futuro, esperamos poder mejorar la eficiencia".
Otro elemento crucial es encontrar una forma de enviar datos a un dispositivo externo para que pacientes y especialistas puedan acceder a él. En este momento, los sensores registran cosas como cambios en la temperatura y el pH, entre otros patrones, pero los científicos aún no han encontrado una manera de entregar esos datos de forma inalámbrica.
"La comunicación Bluetooth es de baja potencia, por lo que estamos viendo eso", dice Efimov. “Básicamente, el dispositivo requerirá más componentes y necesitaremos expertos en otros campos como la electrónica, la telemetría y el software. Así que, en última instancia, tendremos que reunir capital de riesgo y crear una empresa ".
En este momento, el objetivo es hacer que la funda funcione como un dispositivo práctico; no se sabe cuánto costará producir, o cuánto costará a los consumidores cuando se trata del mercado.
Sin embargo, la gran pregunta es, en última instancia, si el calcetín cardíaco funcionará de manera segura y efectiva in vivo, o en sujetos de prueba vivos reales. Los marcapasos suelen durar 10 años. Entonces, para ser práctico, el invento de Rogers también tendría que demostrar que puede permanecer operativo durante al menos ese tiempo. El equipo se está preparando para dar el siguiente paso con un piloto que probará la membrana dentro de un conejo vivo, una prueba que esperan completar con fondos de los Institutos Nacionales de Salud, junto con otras subvenciones que están trabajando para asegurar. Si todo va bien, la próxima prueba de si el dispositivo está a la altura del tabaco será en humanos.
