UNSW crea un corazón robótico blando para estudiar enfermedades y probar dispositivos

Investigadores de UNSW desarrollaron un corazón robótico blando capaz de imitar movimientos, válvulas y enfermedades del órgano humano, una plataforma que podría mejorar las pruebas de dispositivos cardíacos y acercar la medicina personalizada.
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• El modelo reproduce el movimiento del lado izquierdo del corazón, incluida la válvula mitral, los músculos papilares y las cuerdas tendinosas.
• Los investigadores simularon prolapso, regurgitación mitral y cambios asociados con la insuficiencia cardíaca con fracción de eyección preservada.
• La plataforma permitió probar un catéter robótico blando, aunque todavía requiere validación sistemática con datos reales de pacientes.

Investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur, UNSW Sydney, desarrollaron un corazón robótico blando completamente sintético que reproduce varios movimientos y estructuras internas del corazón humano. El modelo busca ofrecer un entorno controlable para estudiar enfermedades cardiovasculares, probar dispositivos médicos y, con más desarrollo, ayudar a los médicos a planificar tratamientos antes de realizar procedimientos en pacientes.

El sistema recrea el lado izquierdo del corazón, incluido el conjunto auriculoventricular y la válvula mitral, una estructura esencial para dirigir la sangre rica en oxígeno hacia el cuerpo e impedir que regrese. La investigación, publicada en Nature Communications y Advanced Science, también incorpora músculos papilares y cuerdas tendinosas, componentes que suelen quedar fuera de los modelos convencionales de laboratorio aunque resultan decisivos para el funcionamiento valvular.

Una réplica que busca reproducir el latido

El corazón artificial combina membranas flexibles de silicona con músculos robóticos blandos dispuestos alrededor de la estructura. Esos músculos funcionan mediante presión hidráulica y reproducen la contracción y el movimiento de torsión que caracterizan al tejido cardíaco durante cada latido, mientras las membranas contienen un líquido que simula la sangre dentro de las cavidades.

El diseño pretende superar una limitación frecuente de los simuladores cardíacos: muchos reproducen la forma general del órgano, pero no incorporan con suficiente detalle los elementos que controlan sus válvulas. En este caso, la válvula mitral actúa como un sistema de puertas batientes que se abre y se cierra con cada ciclo, por lo que cualquier alteración en sus estructuras de soporte puede modificar el flujo y elevar la carga de trabajo del corazón.

James Davies, investigador posdoctoral del grupo responsable del proyecto, explicó que el equipo modeló la arquitectura de las fibras musculares mediante fibras artificiales robóticas blandas. Al envolverlas alrededor de las membranas de silicona, los científicos lograron construir una representación del corazón izquierdo capaz de bombear el líquido simulado hacia dentro y hacia fuera de sus cavidades.

El sistema permite ajustar activamente la tensión de los músculos papilares artificiales que sostienen la válvula mitral. Al modificar la longitud de esas estructuras, el equipo pudo inducir condiciones semejantes al prolapso y a la regurgitación mitral, en las que parte de la sangre fluye hacia atrás en vez de avanzar de forma eficiente.

Enfermedades recreadas en el laboratorio

Para evaluar el desempeño del dispositivo, los investigadores combinaron imágenes de ultrasonido con mediciones de presión y flujo sanguíneo dentro y fuera del modelo. La configuración considerada saludable produjo patrones compatibles con la fisiología esperada, mientras que la inducción de una válvula defectuosa generó reflujo, menor presión y una reducción del flujo de salida.

Thanh Nho Do, profesor asociado Scientia de la Escuela de Ingeniería Biomédica de UNSW y líder del proyecto, afirmó que el modelo permitió generar formas de onda de presión y flujo similares a las de un corazón real. También destacó que el comportamiento de la válvula podía modificarse mediante el control de los músculos papilares y comprobarse con métodos invasivos y con ecocardiografía.

Nigel Lovell, jefe de la Escuela de Ingeniería Biomédica y director de Tyree IHealthE, señaló que las imágenes de ultrasonido se parecían a las obtenidas en corazones humanos debido a la forma y al funcionamiento biomiméticos del modelo. Según su descripción, el equipo pudo observar el movimiento de las valvas y visualizar chorros regurgitantes que escapaban de las válvulas cuando la enfermedad era inducida.

El grupo también utilizó el corazón artificial para probar un catéter cardíaco robótico blando recientemente desarrollado. El dispositivo navegó por el interior del modelo y detectó el contacto con estructuras cardíacas en movimiento, un resultado que apunta a posibles aplicaciones en el diseño y la evaluación temprana de herramientas quirúrgicas.

Una posible alternativa a las pruebas iniciales en animales

La plataforma ofrece a los investigadores la posibilidad de repetir experimentos bajo condiciones ajustables, algo especialmente útil cuando se estudian implantes y dispositivos que deben funcionar en anatomías y estados fisiológicos variables. Do sostuvo que un sistema de este tipo podría reducir la dependencia de modelos animales durante las primeras etapas de desarrollo, además de disminuir costos y preocupaciones éticas asociadas con esas pruebas.

Uno de los objetivos declarados es modelar la insuficiencia cardíaca con fracción de eyección preservada, conocida como HFpEF, una afección compleja que suele coexistir con presión arterial alta, ritmos cardíacos irregulares, enfermedad renal, obesidad y diabetes. El equipo indicó que esta forma de insuficiencia puede representar hasta el 50 % de los casos de insuficiencia cardíaca y continúa siendo una de las variantes menos comprendidas y más difíciles de tratar.

Cuando los investigadores simularon uno de los primeros signos de la HFpEF, una capacidad reducida del corazón para relajarse entre latidos, el modelo reprodujo un llenado más lento y menos eficiente. Esa alteración elevó la presión dentro del corazón y se aproximó a los cambios observados habitualmente en pacientes con la enfermedad, aunque el resultado todavía corresponde a una demostración experimental y no a una herramienta clínica.

El proyecto también plantea la creación de modelos personalizados a partir de datos de imágenes médicas. En ese escenario, un médico podría comparar diferentes tamaños, tipos y parámetros funcionales de implantes en una réplica con geometría similar a la del paciente, antes de elegir una estrategia quirúrgica; sin embargo, esa posibilidad aún necesita validación y desarrollo tecnológico adicional.

Del prototipo a una eventual aplicación clínica

Los investigadores describen el corazón robótico como una prueba de concepto y no como un sistema listo para tomar decisiones médicas. El prototipo todavía debe incorporar mejores materiales, controles más precisos y una compatibilidad más amplia con las técnicas de imagen utilizadas en la práctica clínica.

Las versiones futuras también tendrán que reproducir con mayor fidelidad algunos aspectos de la función cardíaca y sustituir las geometrías simplificadas por estructuras específicas de cada paciente. Esa transición será determinante, porque un modelo que imita bien la mecánica general del corazón no necesariamente representa todas las variaciones anatómicas ni todos los grados de gravedad de una enfermedad.

Do afirmó que el siguiente paso prioritario consiste en realizar una validación más profunda con datos clínicos. Antes de utilizar la plataforma para orientar decisiones médicas, el equipo deberá compararla sistemáticamente con información de pacientes que presenten distintas anatomías cardíacas y diferentes niveles de enfermedad.

El proyecto reúne a investigadores de UNSW y a Christopher Hayward, cardiólogo especializado en insuficiencia cardíaca y trasplantes del St Vincent’s Hospital Sydney, además de Jelena Rnjak-Kovacina y Hoang-Phuong Phan. Davies resumió el alcance del trabajo al describir el prototipo como una plataforma habilitadora: demuestra que la robótica blanda puede reproducir mecánicas de enfermedades que otros modelos no capturan y establece un camino hacia pruebas de dispositivos, modelos personalizados y, eventualmente, planificación de tratamientos.

La tecnología no elimina por sí sola la necesidad de estudios con animales ni sustituye la evidencia clínica, pero puede aportar una etapa intermedia más realista y repetible. Su valor dependerá de que las futuras versiones mantengan la flexibilidad del diseño, mejoren la fidelidad fisiológica y demuestren con datos de pacientes que sus resultados son suficientemente confiables para respaldar decisiones médicas.

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