El marcapasos del futuro: tan pequeño como un grano de arroz y activado por luz

El marcapasos del futuro es casi 23 veces más pequeño que los actuales, tiene el tamaño de un grano de arroz y se activa mediante la exposición a la luz. Lo ha desarrollado un equipo de ingenieros de la Universidad Northwestern (EE.UU.) y … es capaz de generar una estimulación cardíaca eficaz en modelos animales y tejidos cardíacos humanos. Presentado en un estudio que se publica en la revista ‘Nature’, este pequeño dispositivo inalámbrico, que se descompone y es absorbido por el cuerpo, podría permitir métodos de implantación mínimamente invasivos en pacientes y reducir el riesgo general del tratamiento.
El marcapasos se acopla a un dispositivo portátil pequeño, suave, flexible e inalámbrico que se coloca sobre el pecho del paciente para controlar la estimulación. Cuando el dispositivo portátil detecta un latido irregular, emite automáticamente un pulso de luz para activar el marcapasos. Estos pulsos cortos, que penetran la piel, el esternón y los músculos del paciente, controlan la estimulación.
Para el jefe del Servicio de Cardiología del Hospital Clínico San Carlos, Julián Pérez Villacastín se trata de un «prototipo excepcional». Primero, asegura a ABC Salud, «porque es una miniatura, la cual podrá ser transportada utilizando catéteres, hasta ser implantada en las paredes del corazón». Además, añade «porque la forma en la que se generan los impulsos eléctricos es absolutamente original».
En su opinión, «esto abre la posibilidad de poder implantar varios dispositivos que estimulen el corazón de forma simultánea, aumentando la eficiencia de la contracción».

Entre sus principales innovaciones destaca su tamaño, que no supera los 3,5 mm en su eje más largo y es, en conjunto, 23 veces más pequeño que cualquier otro dispositivo absorbible desarrollado hasta la fecha, comenta David Filgueiras, investigador del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC).
Otro aspecto novedoso, dice, «es el uso de luz en el espectro infrarrojo, que permite la estimulación del fototransistor del propio dispositivo prácticamente desde la superficie del tórax».
En España se implantan cada año más de 40.000 marcapasos. Estos dispositivos se utilizan para que el latido cardíaco no se detenga, en personas que tienen alteraciones en la instalación eléctrica de su corazón.

Más pequeño que un grano de arroz

Universidad Northwestern

Señala Pérez Villacastín que su tamaño se ha ido reduciendo progresivamente e incluso existen marcapasos actuales que no necesitan cables y se implantan directamente dentro del corazón. «Pero todos conllevan riesgos y todavía tienen que ser reemplazados cuando caduca su batería».
El nuevo prototipo presentado ahora en ‘Nature’, a pesar de que puede funcionar con corazones de todos los tamaños, está especialmente indicado para los corazones pequeños y frágiles de los recién nacidos con defectos cardíacos congénitos.
«Nuestra principal motivación fueron los niños», asegura Igor Efimov, codirector del estudio.
Alrededor del 1% de los niños nace con cardiopatías congénitas. «La buena noticia es que estos niños solo necesitan un marcapasos temporal después de una cirugía; en aproximadamente siete días, el corazón de la mayoría de los pacientes se autorreparará. Pero esos siete días son cruciales -subraya Efimov-. Ahora podemos colocar este diminuto marcapasos en el corazón de un niño y estimularlo con un dispositivo suave, delicado y portátil».
Además, añade, no se requiere cirugía para extraerlo, ya que el marcapasos se disuelve fácilmente al dejar de ser necesario. Todos sus componentes son biocompatibles, por lo que se disuelven de forma natural en los biofluidos corporales.

«Hemos desarrollado lo que, hasta donde sabemos, es el marcapasos más pequeño del mundo», sostiene John A. Rogers.
Este trabajo se basa en una colaboración previa entre Rogers y Efimov, en la que desarrollaron el primer dispositivo reabsorbible para marcapasos temporal. Muchos pacientes necesitan marcapasos temporales después de una cirugía cardíaca, ya sea mientras esperan un marcapasos permanente o para ayudar a restablecer una frecuencia cardíaca normal durante la recuperación.
Actualmente, los cirujanos cosen los electrodos al músculo cardíaco durante la cirugía. Los cables de los electrodos salen por la parte frontal del tórax del paciente, donde se conectan a un marcapasos externo que suministra una corriente para controlar el ritmo cardíaco.
Cuando el marcapasos temporal ya no es necesario, los médicos retiran sus electrodos. Sin embargo, esto presenta posibles complicaciones, como infecciones, desprendimiento, desgarro o daño tisular, sangrado y coágulos sanguíneos.
«Cuando el marcapasos ya no es necesario, el médico lo extrae. Los cables pueden quedar envueltos en tejido cicatricial. Por lo tanto, al extraerlos, pueden dañar el músculo cardíaco. Así fue como falleció el astronauta Neil Armstrong . Tenía un marcapasos temporal después de un bypass. Cuando le extrajeron los cables, sufrió una hemorragia interna».
En respuesta a esta necesidad clínica, Rogers, Efimov y sus equipos desarrollaron su marcapasos disoluble, presentado en la revista ‘Nature Biotechnology’ en 2021. Este dispositivo, delgado, flexible y ligero, eliminó la necesidad de baterías voluminosas y hardware rígido, incluyendo cables.
A pesar de que el marcapasos disoluble original, de un cuarto de tamaño, funcionó bien en estudios preclínicos con animales, los cirujanos cardíacos se preguntaron si era posible reducir el tamaño del dispositivo, para que fuera más adecuado para la implantación no invasiva y para su uso en los pacientes más pequeños. Sin embargo, el dispositivo requería una antena integrada.

De izquierda a derecha: marcapasos tradicional, marcapasos sin cables y nuevo marcapasos bioabsorbible.

John A. Rogers/Universidad Northwestern

«Nuestro marcapasos original funcionó bien -destaca Rogers-. Era delgado, flexible y totalmente reabsorbible. Pero el tamaño de su antena receptora limitó nuestra capacidad para miniaturizarlo. En lugar de usar el esquema de radiofrecuencia para el control inalámbrico, desarrollamos un esquema basado en luz para encender el marcapasos y administrar pulsos de estimulación a la superficie del corazón. Esta característica nos permitió reducir drásticamente su tamaño».
Además, para reducir aún más el volumen del dispositivo, los investigadores diseñaron su fuente de alimentación: el nuevo y diminuto marcapasos funciona mediante una celda galvánica, un tipo de batería simple que transforma la energía química en energía eléctrica.
«Cuando se implanta el marcapasos en el cuerpo, los biofluidos circundantes actúan como el electrolito conductor que une eléctricamente esas dos almohadillas metálicas para formar la batería -explica Rogers-. Un diminuto interruptor activado por luz, ubicado en el lado opuesto a la batería, nos permite encender el dispositivo al aplicar luz que atraviesa el cuerpo del paciente desde el parche cutáneo».
El equipo utilizó una longitud de onda de luz infrarroja que penetra profundamente y de forma segura en el cuerpo. Si la frecuencia cardíaca del paciente desciende por debajo de cierto nivel, el dispositivo portátil detecta el evento y activa automáticamente un diodo emisor de luz. La luz parpadea a una frecuencia similar a la frecuencia cardíaca normal.

A pesar de ser tan pequeño (mide apenas 1,8 milímetros de ancho, 3,5 milímetros de largo y 1 milímetro de grosor), el marcapasos proporciona la misma estimulación que un marcapasos de tamaño mayor.
«Podemos colocar varios de estos pequeños marcapasos en la parte externa del corazón y controlar cada uno -comenta Efimov-. Así, podemos lograr una mejor atención funcional sincronizada. También podríamos incorporar nuestros marcapasos a otros dispositivos médicos, como los reemplazos de válvulas cardíacas, que pueden causar un bloqueo cardíaco».

Limitaciones

Ahora bien, asegura Filgueiras, «a pesar de sus ventajas, este dispositivo presenta ciertas limitaciones».
Señala este cardiólogo del Instituto de Investigación Sanitaria del Hospital Clínico San Carlos que «no es aplicable a todos los escenarios clínicos, ya que su diseño actual no permite la estimulación permanente durante meses o años. Además, requiere una fuente de luz en el espectro cercano al infrarrojo, lo que podría suponer un problema clínico tanto por las posibles molestias de la luz como por la ubicación adecuada de dicha fuente».
Además, añade Filguieras, «el procedimiento de implante, aunque mínimamente invasivo, puede ser complejo si se realiza en la superficie del corazón. En este caso, la implantación percutánea podría implicar complicaciones más importantes que las de los dispositivos convencionales disponibles en la actualidad».
Asimismo, la estimulación desde la superficie del corazón no es fisiológica y podría contribuir a la insuficiencia cardíaca en estimulaciones prolongadas, asegura.
«Pero que a nadie se le olvide que se trata de un prototipo experimental», advierte Julián Pérez Villacastín. La idea es brillante, pero tendrán que «pasar años para que esta tecnología pueda llegar a implantarse en seres humanos con las suficientes garantías» .
Ahora bien, agrega, eso no resta importancia a este tipo de desarrollos que marcan lo «fascinante que va a resultar la medicina de un futuro muy cercano».