Desorrollan una nueva tecnología que imita el funcionamiento del pulmón

Mediante técnicas de fabricación diseñadas originalmente para la creación de circuitos integrados para ordenadores, en los últimos años los ingenieros biomédicos han hecho avances significativos hacia la imitación de los mecanismos de ciertos órganos humanos.

Una nueva tecnología que recrea importantes características de la estructura de un pulmón, donde la sangre cambia el dióxido de carbono por oxígeno, podría representar una alternativa más segura que ciertos tipos de máquinas de uso pulmonar o cardiovascular.

Mediante técnicas de fabricación diseñadas originalmente para la creación de circuitos integrados para ordenadores, en los últimos años los ingenieros biomédicos han hecho avances significativos hacia la imitación de los mecanismos de ciertos órganos humanos, cuyo correcto funcionamiento depende de condiciones físicas y químicas muy precisas. La sangre, por ejemplo, es muy sensible a cualquier entorno que no pertenezca a un ser vivo. Ahora, los ingenieros de Draper Laboratory afirman haber diseñado una nueva terapia pulmonar, compuesta de diminutos canales moldeados de un polímero biocompatible capaz de soportar altas concentraciones de sangre. Si todo sale acorde al plan, la terapia demostrará ser más segura que las que se emplean actualmente.

La ventilación mecánica, la terapia de uso más frecuente para dar apoyo a pulmones incapaces de realizar suficiente intercambio de dióxido de carbono y oxígeno, equivale pedirle al paciente que «ejercite un brazo roto», dice Jeff Borenstein, que lidera el proyecto del pulmón microfluídico en Draper Laboratory. La terapia intensiva supone la introducción forzada de altas concentraciones de oxígeno al pulmón a presión alta, y no permite al tejido pulmonar dañado o enfermo curarse, comenta. Aún peor, con frecuencia causa complicaciones serias en el paciente, incluidas la toxicidad del tejido pulmonar y la neumonía.

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Una alternativa a la ventilación mecánica es la oxigenación por membrana extracorpórea (ECMO, de sus siglas en inglés), lo que implica la extracción de sangre del paciente para pasarla por un dispositivo que extrae el dióxido de carbono y añade oxígeno antes de devolver la sangre al cuerpo del paciente. Hasta ahora, se ha empleado la ECMO principalmente como una medida de último recurso en caso de que la ventilación mecánica no funcione o no se pueda emplear, y es más frecuente su uso en niños. Las máquinas actuales de ECMO, que pasan la sangre por unas fibras porosas por las cuales se bombea oxígeno a la sangre, son complicadas y su operación requiere una pericia especial. La sangre tiende a formar coágulos dentro del dispositivo, lo que dista mucho del entorno natural del pulmón, obligando a los pacientes a ingerir grandes dosis de medicación anticoagulante. Esto puede entrañar otras complicaciones peligrosas, como sangrados del cerebro o del sistema gastrointestinal.

El nuevo dispositivo microfluídico, de diseño más sencillo y que además proporciona un entorno mucho más parecido al que se encuentra dentro del pulmón, en esencia podría reemplazar las «entrañas» de las máquinas tradicionales de ECMO, dice el jefe de Proyectos de Sistemas Biomédicos de Draper Laboratory, David O´Dowd. Si todo sale según lo previsto, estará listo para las pruebas clínicas en animales dentro de dos años, y en humanos dentro de tres, afirma O´Dowd.

El equipo de Borenstein apiló capas de un plástico biocompatible con microcanales estampados en la superficie para construir «una estructura tridimensional ramificada» en la cual los canales se van dividiendo en canales más pequeños, de forma similar a como los vasos sanguíneos dan paso a capilares más pequeños.

Otros grupos de investigación también se dedican a las tecnologías microfluídicas de intercambio de gases, pero Borenstein afirma que el dispositivo creado por su equipo es único por el grado en que imita el auténtico sistema biológico – algo que se logra gracias a los métodos patentados que empleó el grupo para lograr la ramificación en 3D. Mientras fluye por el dispositivo, la sangre está mucho menos predispuesta a «creer que debe coagularse» que en una máquina de ECMO, dice Borenstein. También acerca más el oxígeno a la sangre, lo que permite un intercambio de gases más eficaz según se compara con la terapia de ECMO convencional.

Este diseño único ha permitido al equipo conseguir un ritmo de flujo sanguíneo al menos 10 veces superior a las otras tecnologías microfluídicas, según Borenstein. Recientemente el grupo demostró un ritmo de flujo sanguíneo de 100 mililitros por minuto con sangre bovina. Ahora la meta es aumentar la escala para conseguir que pueda soportar litros de sangre por minuto sin sacrificar atributos que reducen el riesgo de coagulación.

Por el hecho de que sería más sencillo, más eficaz y no requeriría que los pacientes ingirieran grandes cantidades de anticoagulantes, podría suponer un método mucho más seguro a largo plazo que las máquinas actuales de ECMO, dice un cirujano cardiotorácico del Hospital Brigham de Mujeres en Boston (USA) que investiga sistemas de apoyo a los pacientes que sufren fallos cardiovasculares o pulmonares, Phillip Camp. Si la tecnología se puede producir a escala y comercializar, dice, podría «revolucionar los cuidados de pacientes con fallos agudos respiratorios».

 

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