Como parte de su esfuerzo continuo por idear nuevas opciones de tratamiento para pacientes con de insuficiencia cardiaca y otras enfermedades cardiovasculares, los investigadores del Texas Heart Institute's Investigación en Medicina Regenerativa se centran en la creación de nuevas tecnologías para avanzar en la bioingeniería de tejidos y órganos. en un nuevo estudio publicado en Electrónica de la naturaleza, los investigadores y sus colaboradores describen el desarrollo y las pruebas de una nueva película semiconductora elástica que mantiene la función y la capacidad de estiramiento mecánico, incluso bajo una tensión aplicada significativa (50%). Como parte de la colaboración, el equipo del Texas Heart Institute diseñó un parche cardíaco elástico basado en un solo transistor de goma que se colocó directamente en el corazón de una rata para recopilar actividad electrofisiológica.

Los hallazgos son el resultado de asociaciones de investigación dentro de un equipo multidisciplinario e interdisciplinario con experiencia en química, biología e ingeniería biomédica, mecánica, eléctrica e informática. Los investigadores estaban afiliados a la Universidad de Houston, la Universidad Estatal de Pensilvania, la Universidad de Purdue, el Instituto del Corazón de Texas y la Universidad del Sureste de Nanjing, China.

El equipo del Instituto del Corazón de Texas incluyó científicos tanto del grupo de Investigación de Medicina Regenerativa como del Investigación en cardiología molecular laboratorios, incluyendo Camila Hochman-Méndez, PhD, Ernesto Curty da Costa, MD, PhD, Dr. Peter Vanderslice y Dr. Qian Xiang.

La tecnología central se basa en una película especial de micromalla inducida por separación de fase lateral (LPSM). Para crear la película, se mezclan dos componentes químicos (una fase semiconductora y una fase de elastómero) y se recubren por rotación para crear una micromalla a medida que los componentes se separan al solidificarse. La película semiconductora resultante es única porque transporta la carga eléctrica de manera eficiente sin dejar de ser estirable, tanto macroscópica como microscópicamente. Los ingenieros demostraron que la película podría usarse para fabricar transistores, inversores y fotodetectores de goma que funcionaran incluso cuando se sometieran a tensión mecánica. Los autores señalan que la tecnología LPSM es simple, escalable y versátil, con potencial para su uso en electrónica que interactúa con tejidos biológicos.

Como parte de la colaboración, el equipo del Texas Heart Institute se centró en explorar las posibles aplicaciones biomédicas de la nueva tecnología. Los pacientes con insuficiencia cardíaca en etapa terminal a menudo requieren un trasplante de corazón, pero hay menos órganos de donantes disponibles que los pacientes que los necesitan. Como solución potencial a la escasez de corazones de donantes, el laboratorio de Investigación de Medicina Regenerativa busca expandir el suministro de corazones de donantes utilizables a través de un proceso de descelularización y recelularización: extraer células de un corazón para crear un andamio que pueda repoblarse con nuevas células, idealmente de el paciente, y finalmente trasplantado. La Dra. Hochman-Mendez, Directora de Investigación de Medicina Regenerativa del Instituto, reconoció el potencial de esta nueva micromalla elástica para abordar los desafíos de su laboratorio con el mapeo a largo plazo de la actividad eléctrica de sus corazones recelularizados experimentalmente.

Dado que estos nuevos componentes electrónicos elásticos son deformables, pueden seguir la forma del tejido blando. Con sus colaboradores, el equipo del Texas Heart Institute aplicó esta nueva tecnología a un multicanal de alta sensibilidad Electrocardiograma (ECG) matriz de sensores: se usó un parche epicárdico que contenía una red de transistores gomosos para medir la actividad eléctrica del corazón de una rata. El éxito de este enfoque sugiere aplicaciones potencialmente más amplias para la ingeniería biomédica, incluido el uso en bioelectrónica implantable para el control de la salud cardíaca.

Según la Dra. Hochman-Mendez, “Debido a que las propiedades elásticas del material son similares a las del corazón, puede adaptarse a la superficie del órgano y permanecer en su lugar durante las contracciones. Dado que estos son componentes electrónicos activos (no simples electrodos que tocan la superficie), nos permite crear detectores muy sensibles que serán muy resistentes al ruido. Además, en el futuro, esta tecnología puede permitir la incorporación de circuitos electrónicos en órganos de bioingeniería, mejorando nuestras capacidades de monitoreo”.

---

Leer el informe

Guan YS, Ershad F, Rao Z, Ke Z, Curty da Costa E, Xiang Q, Lu Y, Wang X, Mei J, Vanderslice P, Hochman-Mendez C, Yu C. Electrónica elástica basada en películas semiconductoras gomosas con estructura de micromalla. electrón natural 2022; 5: 881-892. https://doi.org/10.1038/s41928-022-00874-z.

 

Historia relacionada

El nuevo método puede escalar y simplificar la fabricación de semiconductores elásticos

Penn State University
29 de noviembre.
Por Mariah R. Lucas

---