cirugia y terapia cardiaca
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Herramientas quirúrgicas con sensores inteligentes generan avance de la cirugía y terapia cardíaca

Los investigadores desarrollaron una nueva clase de instrumentos médicos equipados con un avanzado sistema electrónico suave que podría mejorar drásticamente los diagnósticos y tratamientos de una serie de enfermedades y condiciones cardíacas

Detallado en un nuevo artículo publicado en la revista Nature Biomedical Engineering, los investigadores, dirigidos por ingenieros de la Universidad George Washington y de la Universidad Northwestern, aplicaron matrices estirables y flexibles de sensores y actuadores de electrodos, junto con sensores de temperatura y presión, a un sistema de catéteres de balón, a menudo utilizado en cirugías o ablaciones mínimamente invasivas para tratar condiciones como las arritmias cardíacas.

El nuevo sistema, que se ajusta mejor a los tejidos blandos del cuerpo que los dispositivos actuales, puede realizar diversas funciones, entre ellas: mediciones simultáneas in vivo de la temperatura, la fuerza de contacto y los parámetros electrofisiológicos; la capacidad de personalizar las funciones de diagnóstico y terapéuticas; y la retroalimentación en tiempo real. El nuevo sistema también puede reducir drásticamente la duración de los procedimientos de ablación invasivos y la exposición de los pacientes y los médicos a la radiación de rayos X.

La situación

Muchas cirugías mínimamente invasivas dependen de catéteres insertados en el cuerpo a través de pequeñas incisiones para realizar mediciones de diagnóstico e intervenciones terapéuticas. Los médicos, por ejemplo, utilizan este enfoque basado en catéteres para trazar un mapa y tratar los latidos cardíacos irregulares o las arritmias, a menudo localizando y matando o suprimiendo el área de tejido cardíaco que está causando las arritmias.

Aunque se utiliza ampliamente en cirugía, el enfoque actual basado en catéteres tiene una serie de inconvenientes. La rigidez de los dispositivos de catéteres actuales significa que no se ajustan bien a los tejidos biológicos blandos, lo que afecta a la cartografía de alta fidelidad de las señales electrofisiológicas de un órgano.

Los dispositivos actuales sólo hacen contacto con una pequeña parte de un órgano a la vez, lo que hace necesario mover constantemente una sonda, alargando los procedimientos médicos. Los sistemas de catéteres actuales también están limitados en cuanto al número de funciones que pueden realizar, lo que obliga a los médicos a utilizar varios catéteres en un solo procedimiento de ablación.

Además, los procedimientos largos, por ejemplo, para localizar y ablacionar tejidos que causan arritmias, corren el riesgo de exponer tanto al paciente como al médico a rayos X potencialmente dañinos, ya que los médicos dependen de las imágenes de rayos X durante el curso de la cirugía para guiar sus catéteres.

El beneficio

La nueva clase de instrumentos que los investigadores han desarrollado permitirá a los médicos adquirir un rico conjunto de información electrofisiológica y completar las cirugías en tiempos más cortos con un único sistema de catéteres instrumentados.

Al equipar un catéter de balón con componentes electrónicos conformes a los órganos, sensores y actuadores avanzados, los investigadores superaron los defectos de los sistemas actuales. Los avances específicos sobre los sistemas anteriores incluyen:

Los sensores y actuadores instrumentados en formatos de matriz multiplexada pueden sondear la naturaleza compleja de los tejidos, específicamente en el corazón que late. Esto permitirá, por ejemplo, una mejor localización de las fuentes de las arritmias letales que causan la muerte súbita del corazón.

La arquitectura multicapa y multifuncional del dispositivo, con funciones combinadas de diagnóstico y terapia, mejora una serie de procedimientos cardíacos mínimamente invasivos, incluyendo la ablación por radiofrecuencia o electroporación irreversible – en la que las células cardíacas o nerviosas son ablacionadas, o “quemadas”, para eliminar las fuentes de arritmia – y la entrega de fármacos y otros biomateriales directamente en las células a través de un proceso llamado electroporación reversible.

Capacidades para el control de retroalimentación en tiempo real, habilitado por la operación simultánea y multimodal de sensores y actuadores. “Hemos tomado nuevos materiales de vanguardia y técnicas de fabricación típicamente empleadas por la industria de los semiconductores y los hemos aplicado al campo de la medicina, en este caso la cardiología, para avanzar en una nueva clase de instrumentos médicos que mejorarán los resultados cardíacos de los pacientes y permitirán a los médicos ofrecer una atención mejor, más segura y más específica para el paciente”, dijo Igor Efimov, el profesor de Ingeniería Biomédica Alisann y Terry Collins de la Universidad George Washington.

“Los catéteres duros y rígidos no se pueden adaptar al corazón porque el corazón mismo no es duro y rígido. Aprovechamos nuestros avances en electrónica suave, estirable y flexible para desarrollar dispositivos médicos que incluyen conjuntos elásticos e interconectados de sensores y actuadores, capaces de conformarse suave y delicadamente a las superficies de los tejidos. El resultado mejora la precisión y la exactitud de los procesos quirúrgicos asociados, para obtener tratamientos más rápidos, menos arriesgados y más eficaces”, explicaron John A. Rogers, el profesor Louis A. Simpson y Kimberly Querrey de Ciencia de los Materiales e Ingeniería, Ingeniería Biomédica y Cirugía Neurológica de la Universidad Northwestern.

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