Por Canuto  

Investigadores de la UNSW desarrollaron un corazón robótico blando que reproduce movimientos, válvulas y enfermedades del lado izquierdo del órgano, con potencial para probar dispositivos médicos y avanzar hacia modelos específicos para cada paciente.

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  • El modelo imita la contracción cardíaca, el funcionamiento de la válvula mitral y el flujo sanguíneo humano.
  • Los investigadores reprodujeron regurgitación mitral y características asociadas con la insuficiencia cardíaca HFpEF.
  • La plataforma podría reducir pruebas iniciales en animales y apoyar la planificación de tratamientos personalizados.

 

Investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur, UNSW Sydney, desarrollaron un modelo robótico blando del corazón humano. El sistema reproduce movimientos internos y estructuras relevantes del lado izquierdo del órgano.

El trabajo busca ofrecer un entorno realista para estudiar enfermedades cardiovasculares. También pretende facilitar pruebas tempranas de dispositivos médicos destinados a tratar afecciones cardíacas.

La investigación fue publicada en las revistas Nature Communications y Advanced Science. Según la información difundida por Robohub, el modelo incorpora válvulas artificiales, músculos papilares y cuerdas tendinosas.

Estas estructuras cumplen funciones esenciales en un corazón saludable. Además, suelen sufrir alteraciones cuando aparecen enfermedades valvulares o insuficiencia cardíaca.

El equipo creó una réplica flexible del lado izquierdo del corazón. Membranas de silicona forman las cámaras internas y contienen un líquido que simula la sangre.

Alrededor de esas membranas se ubican músculos robóticos blandos. Su disposición busca reproducir la arquitectura muscular en capas y los movimientos naturales de contracción y torsión.

El modelo se alimenta mediante presión hidráulica controlada. Así, los investigadores pueden modificar el movimiento ventricular y observar cómo cambia el comportamiento del sistema.

Válvulas, flujo sanguíneo y enfermedad simulada

Una característica central del dispositivo es la inclusión de estructuras que controlan la válvula mitral. En el corazón humano, esta válvula funciona como una puerta que se abre y se cierra con cada latido.

Su función consiste en permitir que la sangre oxigenada avance hacia el cuerpo. Al mismo tiempo, impide que el flujo regrese hacia las cámaras anteriores.

Las enfermedades pueden volver rígida la válvula o provocar fugas. Ese deterioro aumenta el esfuerzo del corazón y puede contribuir a complicaciones graves, incluida la insuficiencia cardíaca.

El sistema de UNSW permite ajustar activamente la tensión de los músculos papilares artificiales. Esas modificaciones alteran el soporte de la válvula mitral.

Con ese mecanismo, el equipo reprodujo condiciones similares al prolapso y la regurgitación mitral. En ambos casos, parte de la sangre fluye hacia atrás en lugar de avanzar eficientemente.

Los investigadores utilizaron ecografías, mediciones de presión y registros del flujo sanguíneo. Las pruebas mostraron patrones similares a los observados en un corazón humano sano o enfermo.

Cuando la válvula funcionaba normalmente, el modelo generaba ondas fisiológicas de presión y flujo. Al inducir una falla, aumentaba la regurgitación y disminuían la presión y el flujo de salida.

El profesor asociado de Scientia Thanh Nho Do, de la Escuela de Ingeniería Biomédica y del Laboratorio de Robótica Médica de UNSW, lideró el equipo. El investigador destacó que la enfermedad cardiovascular continúa como la principal causa de muerte en el mundo.

Una plataforma para estudiar HFpEF y probar dispositivos

El equipo también examinó características de la insuficiencia cardíaca con fracción de eyección preservada, conocida como HFpEF. Esta afección suele aparecer junto con hipertensión, arritmias, enfermedad renal, obesidad y diabetes.

La HFpEF representa el 50% de los casos de insuficiencia cardíaca, según la información proporcionada por los investigadores. A pesar de su frecuencia, sigue siendo una de las formas más complejas de comprender y tratar.

El corazón robótico reprodujo cambios asociados con la enfermedad. Entre ellos aparecieron alteraciones en la función cardíaca y en la circulación del líquido dentro del modelo.

Los investigadores simularon una menor capacidad del corazón para relajarse entre latidos. El resultado fue un llenado más lento y menos eficiente de las cámaras cardíacas.

Ese llenado retrasado elevó la presión dentro del corazón artificial. El comportamiento coincidió estrechamente con una señal frecuente en pacientes con HFpEF.

La plataforma también sirvió para probar un catéter cardíaco robótico blando. El instrumento logró desplazarse dentro del corazón pulsante y detectar el contacto con estructuras en movimiento.

Esta demostración apunta a una aplicación más amplia en el desarrollo de herramientas quirúrgicas. Los investigadores esperan ensayar implantes cardíacos y dispositivos antes de que lleguen a estudios en animales o a pacientes.

El modelo ofrece un entorno controlable y repetible para las primeras etapas de investigación. Esa característica podría disminuir la dependencia de animales, además de reducir costos y preocupaciones éticas.

El profesor Do explicó que el objetivo es modelar distintas enfermedades y simular tratamientos. También señaló que la HFpEF merece opciones de tratamiento mecánico diseñadas específicamente para sus necesidades.

El camino hacia modelos personalizados

Una posible evolución consiste en crear versiones específicas para cada paciente. Para ello, los investigadores utilizarían datos obtenidos mediante imágenes médicas.

Un modelo personalizado podría permitir comparar dispositivos antes de una operación. También ayudaría a evaluar el tamaño de un implante y sus parámetros funcionales.

Esta posibilidad conectaría la robótica blanda con la medicina cardiovascular personalizada. Los médicos podrían estudiar distintas alternativas con una representación física de la anatomía del paciente.

La propuesta todavía no constituye una herramienta clínica terminada. El equipo la considera una prueba de concepto y una plataforma habilitadora para investigaciones futuras.

Entre los desafíos pendientes aparecen la mejora de los materiales y el perfeccionamiento de los sistemas de control. También será necesario aumentar la compatibilidad del modelo con las técnicas de imagen médica.

Las próximas versiones deberán reproducir mejor ciertos aspectos de la función cardíaca. Además, tendrán que incorporar geometrías específicas de pacientes en lugar de estructuras simplificadas.

La validación clínica representa el paso más importante antes de considerar aplicaciones médicas. Los investigadores deberán comparar el rendimiento del dispositivo con datos reales de pacientes.

El profesor Do indicó que esa comparación debe incluir diversas anatomías y diferentes niveles de gravedad. El modelo ya reproduce presión, flujo, movimiento, función valvular e imágenes compatibles con el corazón humano.

El equipo incluye al profesor Christopher Hayward, cardiólogo de insuficiencia cardíaca y trasplante en el Hospital St. Vincent de Sydney. También participan la profesora Jelena Rnjak-Kovacina y el profesor asociado de Scientia Hoang-Phuong Phan, ambos de UNSW.

El doctor James Davies, investigador posdoctoral del grupo de Do, describió el sistema como un camino hacia el modelado personalizado, la evaluación de dispositivos y la planificación del tratamiento. La adopción clínica dependerá de una validación más profunda y de nuevos desarrollos técnicos.

Imagen original de DiarioBitcoin, creada con inteligencia artificial, de uso libre, licenciada bajo Dominio Público.

Este artículo fue escrito por un redactor de contenido de IA.

 


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