Por Canuto  

Investigadores de UNSW Sydney desarrollaron un corazón robótico blando que reproduce el movimiento del corazón humano, simula enfermedades de la válvula mitral y permite probar catéteres y futuros implantes en un entorno controlable.
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  • El modelo reproduce el lado izquierdo del corazón humano, incluidas la válvula mitral, las cuerdas tendinosas y los músculos papilares.
  • El sistema puede simular prolapso, regurgitación y cambios asociados con la insuficiencia cardíaca con fracción de eyección preservada.
  • La plataforma podría reducir la dependencia de pruebas en animales y facilitar modelos cardíacos específicos para cada paciente.

Investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur desarrollaron un modelo completamente sintético del corazón humano que puede latir, bombear sangre simulada y reproducir alteraciones cardiovasculares. El trabajo busca ofrecer una herramienta más realista para estudiar enfermedades y evaluar dispositivos médicos antes de probarlos en animales o pacientes.

El corazón robótico blando reproduce el lado izquierdo del órgano y sus complejas estructuras internas. Su diseño incluye membranas de silicona, músculos artificiales, válvulas, músculos papilares y cuerdas tendinosas, componentes fundamentales para el funcionamiento de la válvula mitral.

Un corazón sintético que imita la mecánica humana

El equipo de UNSW Sydney presentó un corazón robótico blando capaz de reproducir los movimientos y las estructuras internas del corazón humano. La investigación fue publicada en Nature Communications y Advanced Science, según informó la Universidad de Nueva Gales del Sur.

El modelo se concentra en el lado izquierdo del corazón, que recibe sangre oxigenada y la impulsa hacia el resto del organismo. Sus cámaras internas están formadas por membranas flexibles de silicona que contienen la sangre simulada y permiten representar el bombeo de entrada y salida.

Alrededor de esas membranas, los investigadores colocaron músculos artificiales robóticos blandos. Estos componentes funcionan mediante presión hidráulica controlada y reproducen la contracción y la torsión que caracterizan al músculo cardíaco humano.

El diseño también intenta imitar la arquitectura estratificada de las fibras musculares del corazón. James Davies, investigador posdoctoral del grupo dirigido por Thanh Nho Do, explicó que las fibras artificiales se organizaron para reproducir el movimiento del músculo ventricular real.

La válvula mitral ocupa un lugar central en el sistema. En un corazón sano, actúa como una puerta que se abre y se cierra en cada latido para permitir el avance de la sangre y evitar que regrese hacia atrás.

La plataforma puede simular enfermedades cardíacas

Una de las principales ventajas del dispositivo es que permite modificar de forma activa la tensión de los músculos papilares artificiales. Estas estructuras sostienen la válvula mitral y ayudan a controlar su movimiento durante el ciclo cardíaco.

Al cambiar la longitud de esos músculos, el equipo pudo reproducir condiciones similares al prolapso de la válvula mitral. También generó regurgitación, una alteración en la que la sangre se filtra hacia atrás en lugar de avanzar con eficiencia.

Los investigadores utilizaron imágenes de ultrasonido, además de mediciones invasivas de presión y flujo sanguíneo, para comparar el comportamiento del modelo con el de un corazón humano. El funcionamiento saludable produjo patrones fisiológicos de presión y flujo.

Cuando el equipo introdujo una falla en la válvula, el modelo mostró un aumento del flujo retrógrado y una reducción de la presión y del flujo de salida. Esos cambios coinciden con señales observadas en personas con enfermedades de las válvulas cardíacas.

La imagen obtenida mediante ultrasonido también se pareció a la imagen cardíaca humana. Nigel Lovell, jefe de la Escuela de Ingeniería Biomédica y director de Tyree IHealthE, señaló que el sistema permitió observar el movimiento de las valvas y los chorros de regurgitación.

El sistema además reprodujo varios cambios relacionados con la insuficiencia cardíaca con fracción de eyección preservada, conocida como HFpEF. Esta enfermedad representa el 50% de los casos de insuficiencia cardíaca, de acuerdo con la información suministrada por el equipo.

La HFpEF suele presentarse junto con hipertensión, arritmias, enfermedad renal, obesidad y diabetes. Su complejidad dificulta el desarrollo de dispositivos capaces de mejorar la función cardíaca en pacientes con combinaciones distintas de problemas de salud.

Para simular una señal temprana de HFpEF, los investigadores redujeron la capacidad del modelo para relajarse entre latidos. El corazón artificial comenzó a llenarse con mayor lentitud y menor eficiencia, mientras la presión interna aumentó de una forma parecida a la observada en pacientes.

Pruebas de dispositivos y medicina personalizada

La plataforma no solo sirve para estudiar enfermedades. Los investigadores también probaron dentro del corazón artificial un catéter cardíaco robótico blando desarrollado recientemente.

El catéter pudo desplazarse por el interior del modelo que latía y detectar cuándo entraba en contacto con estructuras cardíacas móviles. Esta demostración sugiere que el sistema podría acelerar el desarrollo de nuevas herramientas para procedimientos quirúrgicos.

Un entorno controlable y repetible puede ayudar a los equipos médicos a evaluar implantes, catéteres y otros dispositivos antes de avanzar hacia estudios más complejos. También permite modificar variables concretas de la función cardíaca sin alterar todo el sistema experimental.

Thanh Nho Do, profesor asociado de la Escuela de Ingeniería Biomédica y del Laboratorio de Robótica Médica de UNSW, afirmó que el objetivo general es construir modelos artificiales realistas para comprender enfermedades y desarrollar dispositivos más seguros y efectivos.

La enfermedad cardiovascular continúa siendo la principal causa de muerte en el mundo. En ese contexto, una plataforma que reproduzca la mecánica de una válvula enferma podría aportar información útil para diseñar tratamientos dirigidos a problemas que todavía son difíciles de comprender.

El modelo también abre una posible vía hacia la medicina personalizada. Los investigadores esperan fabricar versiones específicas para cada paciente a partir de datos obtenidos mediante imágenes médicas.

Esos modelos podrían permitir que los médicos comparen distintos dispositivos y enfoques terapéuticos antes de una operación. También podrían ayudar a definir el tipo de implante, su tamaño y sus parámetros funcionales, aunque esa aplicación todavía requiere validación clínica.

El proyecto reúne a especialistas de varias áreas. Además de Do y Davies, el equipo incluye a Christopher Hayward, cardiólogo de insuficiencia cardíaca y trasplantes del Hospital St Vincent de Sydney, así como a Jelena Rnjak-Kovacina y Hoang-Phuong Phan, investigadores de UNSW.

Una tecnología prometedora que aún debe validarse

Los investigadores describen el dispositivo actual como una prueba de concepto y no como una herramienta clínica terminada. El modelo demuestra capacidades relevantes, pero todavía necesita superar obstáculos técnicos antes de utilizarse para tomar decisiones médicas.

Entre los desafíos figuran la mejora de los materiales, el perfeccionamiento de los sistemas de control y una mayor compatibilidad con las técnicas de imagen médica. Las versiones futuras también deberán representar con más precisión algunos aspectos de la función cardíaca.

Otro reto consiste en reemplazar las geometrías simplificadas por estructuras específicas de cada paciente. Para ello, el sistema tendrá que incorporar de manera confiable la anatomía obtenida a partir de estudios médicos reales.

La validación contra datos clínicos representa el siguiente paso más importante. Do explicó que será necesario comparar sistemáticamente el modelo con información de pacientes que presenten distintas anatomías y diferentes grados de enfermedad.

El grupo considera que la plataforma podría reducir la dependencia de los modelos animales durante las primeras etapas del desarrollo de dispositivos. La reducción tendría implicaciones económicas y éticas, aunque no eliminaría la necesidad de otras evaluaciones antes de los ensayos clínicos.

La posibilidad de inducir enfermedades como HFpEF también podría impulsar el diseño de nuevos implantes mecánicos. El equipo espera que esos avances contribuyan a disminuir la carga de las enfermedades cardiovasculares sobre los sistemas de salud.

Davies señaló que el modelo debe entenderse como una plataforma habilitadora. Su valor actual consiste en demostrar que los corazones robóticos blandos pueden reproducir mecanismos de enfermedad que los modelos convencionales de laboratorio no logran representar con el mismo nivel de realismo.

La tecnología todavía necesita más pruebas antes de llegar a hospitales. Sin embargo, combina anatomía flexible, control hidráulico, ultrasonido y simulación de flujo en un sistema que podría conectar la investigación básica con el desarrollo de dispositivos cardíacos.

Si la validación futura confirma su correspondencia con datos de pacientes, el corazón robótico de UNSW podría convertirse en una herramienta para ensayar tratamientos, planificar cirugías y evaluar implantes con mayor información antes de intervenir a una persona.

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

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