Un nanogenerador aprovecha el movimiento del corazón para producir la energía que necesita el dispositivo
Un equipo de investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison (Estados Unidos) ha desarrollado un marcapasos implantable capaz de generar su propia energía a partir de los latidos del corazón, eliminando la necesidad de una batería convencional.
La tecnología podría abrir la puerta a dispositivos con una vida útil potencialmente mucho más larga y reducir así las intervenciones quirúrgicas necesarias para sustituir los marcapasos cuando sus baterías se agotan. El trabajo, liderado por el investigador postdoctoral Pengfei Chen bajo la supervisión del profesor Xudong Wang, ha sido publicado en la revista ‘Science Advances’.
El principal reto no era únicamente conseguir electricidad, sino hacerlo con una potencia suficiente dentro de un dispositivo de dimensiones extremadamente reducidas.
Un marcapasos que aprovecha cada latido
Los marcapasos han evolucionado notablemente durante las últimas décadas. De los primeros modelos, voluminosos y dependientes de cables y baterías, se ha pasado a dispositivos mucho más pequeños capaces de detectar la actividad cardíaca y adaptar su funcionamiento en tiempo real.
Una de las grandes innovaciones llegó en 2016 con los marcapasos intracardíacos sin cables, como el Micra. Estos dispositivos se implantan directamente en el corazón mediante un catéter y evitan la necesidad de colocar un generador en el tórax.
Sin embargo, la batería sigue siendo uno de sus principales inconvenientes. Puede representar una parte importante del tamaño y el peso del dispositivo y tiene una duración aproximada de entre siete y diez años. Cuando se agota, el paciente puede necesitar una nueva intervención y, en determinados casos, el dispositivo antiguo permanece implantado mientras se coloca otro.
Esta cuestión resulta especialmente relevante para los pacientes jóvenes, que pueden necesitar varios reemplazos a lo largo de su vida.
Un nanogenerador dentro del marcapasos
Para solucionar este problema, los investigadores recurrieron a un sistema basado en un nanogenerador triboeléctrico, diseñado para aprovechar los pequeños movimientos provocados por los latidos del corazón.
El equipo desarrolló unas estructuras oscilantes que pueden instalarse en el espacio que ocupa actualmente la batería de un marcapasos intracardíaco, manteniendo las dimensiones generales del dispositivo.
El funcionamiento se basa en que el movimiento del corazón comprime y separa diminutas placas con cargas eléctricas opuestas. Estos movimientos generan electricidad, que puede utilizarse directamente para alimentar el marcapasos o almacenarse en un pequeño condensador.
El diseño tuvo que ser optimizado para conseguir un equilibrio entre flexibilidad y resistencia, ya que el sistema debe soportar millones de ciclos de movimiento durante su funcionamiento.
Una potencia superior a la de otros prototipos
Las pruebas realizadas en laboratorio indican que el nanogenerador puede producir 276,6 microvatios por centímetro cúbico, una potencia que, según los investigadores, resulta suficiente para hacer funcionar el marcapasos y supera a la obtenida en anteriores soluciones piezoeléctricas y triboeléctricas miniaturizadas.
El dispositivo también fue sometido a pruebas en un cerdo. Durante un mes, los investigadores analizaron su funcionamiento y su biocompatibilidad y comprobaron que el prototipo consiguió estimular el corazón sin provocar reacciones adversas adicionales a las habituales en este tipo de marcapasos.
Los responsables del proyecto consideran además que el sistema podría fabricarse con un coste relativamente bajo y que su estructura mecánica tiene potencial para resistir durante toda la vida útil del dispositivo.
Todavía no está listo para pacientes
Pese a los resultados iniciales, el marcapasos todavía se encuentra lejos de su uso clínico. Los investigadores han registrado el dispositivo, pero su comercialización y las posibles aplicaciones médicas podrían tardar años.
Uno de los principales obstáculos detectados durante las pruebas es que el nanogenerador produjo dentro del corazón del animal una potencia máxima inferior a la obtenida en el laboratorio. La razón está en que el tejido cardíaco es blando y amortigua parte del movimiento que necesita el sistema para generar electricidad.
Antes de iniciar posibles ensayos en humanos será necesario resolver estos retos técnicos y demostrar la seguridad y eficacia del dispositivo. De lograrlo, la tecnología podría acercar un objetivo largamente buscado: un marcapasos implantable que no necesite sustituir su fuente de energía a lo largo de la vida del paciente.
Fuente: Telemadrid
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