Los médicos sincronizan con éxito ambos lados del corazón con un nuevo y prometedor marcapasos inalámbrico sin cables
HOUSTON, TX – (13 de febrero de 2020) – Investigadores del Instituto del Corazón de Texas (THI) y de la UCLA alcanzaron un hito importante en el desarrollo de un sistema de marcapasos inalámbrico y sin cables. En un artículo publicado en la revista Scientific Reports de Nature Research, el equipo utilizó su innovador sistema de estimulación cardíaca para demostrar la capacidad de proporcionar estimulación biventricular sincronizada a un corazón de tamaño humano en un modelo de investigación preclínica.
Dirigida por el Dr. Mehdi Razavi , Director de Investigación Clínica e Innovaciones en Electrofisiología del THI y Profesor Asociado del Baylor College of Medicine, y el Prof. Aydin Babakhani , Director del Laboratorio de Sensores Integrados de la UCLA, la investigación explora una tecnología que podría ofrecer a los médicos una opción terapéutica completamente nueva para tratar a pacientes con arritmias y otras comorbilidades o afecciones cardiovasculares, como la insuficiencia cardíaca.
Dr. Mehdi Razavi, director de investigación e innovaciones clínicas de electrofisiología del Texas Heart Institute
Aproximadamente el 30% de los pacientes con insuficiencia cardíaca crónica también tienen problemas de conducción eléctrica en el corazón que requieren un tipo de terapia para resincronizar el sistema de conducción del corazón en sus dos cámaras más grandes. En estos casos, los médicos prescriben terapia de resincronización cardíaca o TRC. La TRC se administra mediante cables largos, llamados derivaciones, que se conectan a marcapasos para estimular las dos cavidades inferiores del corazón. Cuando un paciente necesita que ambas cámaras del corazón estén sincronizadas, lo que se denomina marcapasos biventricular, un marcapasos tradicional con cables es actualmente la única opción comercialmente disponible. Desafortunadamente, estos cables son propensos a fracturarse, desprenderse y migrar fuera de la ubicación original.
Aunque los pacientes ven mejoras con la TRC, generalmente dentro de los 6 meses, aproximadamente un tercio de los pacientes no responde bien a la terapia, y las tasas de no respuesta pueden llegar al 43%.
Al permitir el marcapasos simultáneo desde múltiples sitios en el corazón, el nuevo sistema de marcapasos inalámbrico sin cables de THI y UCLA tiene como objetivo reducir las complicaciones asociadas con los marcapasos tradicionales que se usan hoy en día y abre la puerta a opciones de marcapasos biventricular más seguras y efectivas.
Investigaciones anteriores del equipo demostraron la capacidad del sistema para alimentar de forma inalámbrica un solo sitio en el corazón de modelos de investigación de tórax abierto pequeños, medianos y grandes. En el nuevo estudio, se demostró que los diminutos marcapasos (solo una fracción del tamaño de una moneda de veinticinco centavos) funcionan en un modelo porcino de tórax cerrado a través de la transferencia de energía inalámbrica a circuitos integrados de baja potencia diseñados a medida en el corazón.
Ilustración conceptual de marcapasos biventricular. Credit James Philpot, Instituto del Corazón de Texas
El potencial beneficio clínico del marcapasos, verificado mediante mediciones de la actividad eléctrica con un electrocardiograma y del flujo sanguíneo cardíaco durante las pruebas, fue impresionante. En concreto, la estrategia de estimulación biventricular mejoró importantes parámetros clínicos en comparación con la estimulación unicameral. En general, los resultados abren la posibilidad de utilizar la estimulación multisitio inalámbrica para abordar los problemas de resincronización cardíaca.
El equipo está trabajando actualmente para miniaturizar aún más el marcapasos alimentado de forma inalámbrica para que sea implantable en uno o más sitios de marcapasos deseados en el corazón de una manera mínimamente invasiva. Esto eliminará la necesidad de cables intravasculares y, lo que es más importante, permitirá la estimulación sincronizada y sin cables en múltiples cámaras del corazón, lo que ofrece la capacidad de proporcionar TRC específica para el paciente.
Un desafío importante de esta nueva tecnología es mantener la eficiencia de la transferencia de energía inalámbrica a medida que el dispositivo se vuelve muy pequeño y la antena pierde eficiencia. El equipo abordó este problema reduciendo significativamente el consumo de energía de los componentes electrónicos del marcapasos, integrando todos los elementos en un solo chip y diseñando antenas que resuenan fuertemente con los circuitos de entrada de los chips de estimulación, según el profesor Babakhani, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la Escuela de Ingeniería Samueli de la UCLA.
El laboratorio de Babakhani, financiado por UCLA, ha empujado los límites de la miniaturización para que un marcapasos completo pueda caber dentro de una vena. El marcapasos miniaturizado elimina la necesidad de voluminosas baterías integradas, ya que recibe energía y ordena de forma inalámbrica a través de ondas electromagnéticas desde un controlador externo.
Chips de marcapasos en miniatura (Adaptado de Estimulación cardíaca biventricular sincronizada en un modelo porcino de tórax cerrado basada en marcapasos sin cables alimentados de forma inalámbrica, adaptado de Lyu, et al. Sci Rep 2020 doi: 10.1038/s41598-020-59017-z)
El dispositivo de estimulación cardíaca se basa en microchips integrados de silicio que fueron construidos en el laboratorio del profesor Babakhani en la UCLA. El primer autor del artículo, el investigador postdoctoral Hongming Lyu, y los estudiantes de doctorado Hamed Rahmani y Yuxiang Sun, del laboratorio del profesor Babakhani en la UCLA, diseñaron la versión anterior del dispositivo.
“Los dispositivos médicos implantables miniaturizados ya están en el mercado hoy. Se utilizan en implantes neurales, en microchips que se pueden programar de forma inalámbrica para administrar dosis de medicamentos para la osteoporosis y en cápsulas de video desechables que se pueden tragar para transmitir de forma inalámbrica imágenes del tracto GI mientras viajan por el cuerpo. Entonces, ¿por qué no miniaturizar el marcapasos?”. declaró el Dr. Razavi.
El objetivo final del equipo es desarrollar un sistema de marcapasos inalámbrico y sin cables que pueda diagnosticar las necesidades de estimulación cardíaca en tiempo real, proporcionar información crucial al equipo médico cuando sea necesario y ofrecer tratamientos personalizados. De esta forma, el marcapasos podrá aprovechar el poder de la inteligencia artificial (IA) aprendiendo de los datos que genera para identificar patrones y realizar ajustes. Esta capacidad de IA podría garantizar una terapia constante, óptima y específica para cada paciente, según los ingenieros de investigación de THI, la Dra. Allison Post y Mathews John . THI y UCLA ya colaboran con la Universidad de Rice en el desarrollo de los algoritmos para lograr este objetivo. Si bien esto no formó parte de la investigación publicada en el artículo de Scientific Reports, el equipo de investigación de Rice participó en las discusiones del estudio.
“Estamos creando un marcapasos inteligente que leerá constantemente las necesidades eléctricas del corazón y se autocorregirá o ajustará y recalibrará continuamente para brindar un tratamiento de marcapasos personalizado en tiempo real para cada individuo”, agregó el Dr. Razavi.
(En la foto de izquierda a derecha) El Dr. Mehdi Razavi, director de investigación e innovaciones en electrofisiología clínica, con los ingenieros Mathews John y la Dra. Allison Post
El Dr. Abdi Rasekh , electrofisiólogo y cardiólogo del equipo de Investigación Clínica e Innovaciones en Electrofisiología del THI, afirmó que la continua inversión en una sólida infraestructura de investigación ha permitido al equipo establecer colaboraciones productivas y atraer a ingenieros y cardiólogos talentosos. «Contamos con un entorno muy propicio para el desarrollo de soluciones innovadoras para el manejo de arritmias cardíacas que podrían mejorar significativamente la calidad de vida», añadió el Dr. Rasekh.
Este trabajo fue realizado por el equipo colaborativo de investigadores liderado por Mehdi Razavi, MD , y Aydin Babakhani, PhD , que incluye a Hongming Lyu, Mathews John , David Burkland y Brian Greet.
Lyu, John , Burkland , Greet , Babakhani y Razavi concibieron el proyecto. Lyu y Babakhani diseñaron el marcapasos y contribuyeron al diseño del controlador externo que procesa las señales. Lyu, John , Burkland , Greet y Post llevaron a cabo los experimentos preclínicos. Lyu, John, Burkland y Greet analizaron los datos y redactaron el manuscrito.
Se agradece al Dr. Behnaam Aazhang y al Dr. J. Cavallaro de Rice Univesity por su ayuda con las discusiones del estudio.
(Leer en Nature Scientific Reports )
Investigación apoyada por el Instituto del Corazón de Texas y la Cátedra Sultán Qaboos de Cardiología en la Fundación St. Luke.
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Acerca del Instituto del Corazón de Texas
El Instituto del Corazón de Texas (THI), fundado en 1962 por el Dr. Denton A. Cooley, cirujano cardiovascular de renombre mundial, es una organización sin fines de lucro dedicada a reducir el devastador impacto de las enfermedades cardiovasculares mediante programas innovadores y progresistas de investigación, educación y mejora de la atención al paciente. Para obtener más información sobre THI (@Texas_Heart) , visite www.texasheart.org.
Consultas de los medios de comunicación:
Keri Sprung (ksprung@texasheart.org)
Para obtener más información sobre la investigación clínica e innovaciones en electrofisiología del Texas Heart Institute
Para obtener más información sobre el Laboratorio de Sensores Integrados (ISL) de UCLA
