Restaurar la función cardíaca con tejido muscular artificial
La insuficiencia cardíaca y la fibrilación auricular —ritmos cardíacos irregulares que alteran el flujo sanguíneo y aumentan el riesgo de formación de coágulos— están relacionados con una función mecánica cardíaca anómala. Por ejemplo, la fibrilación auricular puede aparecer cuando las aurículas, las cavidades superiores del corazón, laten de manera irregular y rápida, provocando un ritmo cardíaco irregular. Si bien se han hecho avances en la prevención de la trombosis y en el control de la disfunción eléctrica en personas con fibrilación auricular, los tratamientos quirúrgicos o farmacológicos actuales no logran restablecer el rendimiento mecánico normal del músculo cardíaco.
Restablecer la función mecánica cardíaca
El objetivo del proyecto REPAIR(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos, era abordar este reto apoyando o restaurando la función mecánica cardíaca con el uso de materiales inteligentes. Para ello, se desarrolló un «músculo» artificial mejorado con elastómeros de cristal líquido (ECL), capaz de generar movimiento o tensión en respuesta a estímulos externos. «El consorcio del proyecto se basó en los resultados preliminares sobre la utilización de ECL expuestos a luz», explica la coordinadora del proyecto REPAIR, Elisabetta Cerbai, de la Universidad de Florencia(se abrirá en una nueva ventana) (Italia). «Al aplicar luz de una longitud de onda específica, el material cambia de forma y se contrae de manera similar al tejido cardíaco». El equipo del proyecto REPAIR se propuso mejorar las propiedades y capacidades de los ECL para favorecer la salud cardíaca. Esto se consiguió aunando conocimientos sobre biomecánica cardíaca, fisiopatología y tecnología avanzada de materiales inteligentes. Se desarrollaron materiales inteligentes basados en ECL, así como una unidad de control externa conectada. Esta unidad biocontráctil regula la cantidad de estimulación lumínica necesaria, actuando como un dispositivo de asistencia cardíaca «ajustable». A continuación, el prototipo se demostró «ex vivo» en modelos animales.
Material eficiente basado en ECL
El equipo del proyecto logró desarrollar un material mejorado basado en ECL y de bajo consumo energético que, al ser excitado con fuentes lumínicas, puede integrarse en la unidad contráctil. «Mejoramos nuestros conocimientos sobre cómo optimizar estos materiales y hacer que se contraigan de forma similar a las células musculares», comenta la coordinadora del proyecto, Camilla Parmeggiani, de la Universidad de Florencia. «También aceleramos la preparación de los músculos artificiales mediante la impresión 3D, lo que permite disponer de ellos fácilmente en grandes cantidades». También se desarrolló satisfactoriamente el prototipo de dispositivo externo, aunque aún se requiere trabajo adicional antes de poder probarlo «in vivo». «No existe nada igual a este dispositivo innovador», prosigue Parmeggiani. «Ha supuesto un gran esfuerzo que integra conocimientos de ingeniería, tecnología, química y biofísica».
Nueva generación de dispositivos de asistencia cardíaca
A largo plazo, se espera que los resultados satisfactorios de los ensayos «in vivo» abran la puerta a una nueva generación de dispositivos de asistencia cardíaca. El innovador dispositivo externo ajustable del proyecto REPAIR, así como la capacidad de imprimir en 3D material inteligente que se adapte a las necesidades individuales, posibilitará tratamientos personalizados. Los siguientes pasos incluyen la integración de materiales inteligentes(se abrirá en una nueva ventana) con células madre y la reducción del tamaño del dispositivo de control externo. El consorcio también está evaluando la aplicación de esta tecnología a otros tipos de tejidos. «Esta tecnología se podría aplicar al intestino o a otras estructuras, como las venas, en las que el tejido necesite contraerse o dilatarse», concluye Cerbai. El equipo ha publicado(se abrirá en una nueva ventana) gran parte de su trabajo, y muchos de los datos se pueden consultar de forma gratuita a través de la herramienta de investigación de datos abiertos(se abrirá en una nueva ventana) de REPAIR.
