Biodispositivos implantables: desafíos de diseño e innovaciones futuras

El cuerpo humano es un lugar complejo y nuestros sistemas inmunológicos son aliados poderosos. Cuando nos enfermamos, los médicos a menudo pueden contar con fortalecer lo que ya está dentro de nosotros, pero a veces necesitamos una ayuda adicional: tecnología que se puede colocar dentro del cuerpo, como los biodevices.

Todos hemos visto un programa de televisión donde alguien sufre un ataque al corazón y es revivido con un choque rápido en el pecho. Los desfibriladores son herramientas poderosas, pero cuando un paciente necesita uno, ya está en una situación de vida o muerte. ¿Y si nunca tuviéramos que llegar a ese punto? ¿Y si hubiera una manera de detectar el problema cuando comienza y actuar más rápido que cualquier humano podría?

Esto no es ciencia ficción; millones de personas caminan actualmente con eso dentro de su pecho, una increíble herramienta llamada desfibrilador cardioversor implantable (ICD, por sus siglas en inglés). Monitorea continuamente el ritmo cardíaco de una persona y entrega un pulso eléctrico para restaurar un ritmo normal cuando detecta un problema a punto de ocurrir. Eso es algo que ningún medicamento, por sofisticado que sea, podría hacer.

Los bio dispositivos tienen muchos roles, desde reconstruir funciones corporales perdidas hasta controlar enfermedades y ayudarte a vivir más tiempo. Es una categoría amplia, pero algunos de los más importantes son los bio dispositivos implantables, como los ICD y los implantes cocleares. Un bio dispositivo es implantable si una parte o todo se coloca dentro del cuerpo durante un período prolongado de tiempo. Aunque no son fáciles de detectar, ya se usan ampliamente hoy en día. Alrededor del 8% de los estadounidenses y el 5% de las personas en países desarrollados han utilizado un bio dispositivo implantable de algún tipo. Eso equivale a millones de personas.

Desafíos de diseño de bio dispositivos implantables

Antes de que pudieran volverse tan comunes, los ingenieros tuvieron que superar numerosos desafíos. El cuerpo es un lugar complejo, al igual que muchos de los bio dispositivos. Deben coexistir con cambios de temperatura, señales eléctricas y reacciones químicas de una manera que no perturbe los equilibrios cuidadosamente establecidos en nuestro cuerpo. Para diseñar un buen bio dispositivo, debes familiarizarte no solo con el entorno del cuerpo humano, sino también con su estructura y sus procesos en curso.

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El proceso de diseño para estos dispositivos es similar a cualquier otro que un ingeniero pueda realizar. Necesitas un diseño que no solo funcione, sino que también pueda fabricarse de manera segura y rentable. Pero las tolerancias pueden ser minúsculas: una aguja que sea un poco demasiado corta puede no llegar a donde debe ir, una articulación demasiado grande podría causar dolor de por vida.

Aspectos clave del diseño de bio dispositivos implantables

Hay algunas cosas en las que debes prestar especial atención. El primero es la biocompatibilidad. No todos los materiales son adecuados para seres vivos, por lo que es importante utilizar biomateriales y esterilizar cualquier cosa que se introduzca en el cuerpo.

Una técnica recomendada por los CDC es la esterilización por calor seco, que hornea el dispositivo a una alta temperatura usando aire libre de humedad. Hornear el dispositivo a 160 grados Celsius durante aproximadamente dos horas debería funcionar, o puedes aumentar a 170 grados durante aproximadamente una hora si quieres acelerar el proceso. Si tu biomaterial no puede resistir ese tipo de calor, deberás encontrar otra forma de limpiarlo.

Muchos bio dispositivos contienen una pequeña computadora, por lo que necesitarás incluir una batería para mantenerlo funcionando y tal vez algo de conexión Wi-Fi para comunicarse con el mundo exterior. Los ingenieros llaman a estas cosas «energía» y «conectividad». No quieres que tus pacientes tengan que llevar grandes baterías o estar siempre conectados a un cable en la pared. Si no piensas en la energía y conectividad durante el proceso de diseño, puede conducir a un dispositivo poco práctico, uno que no funciona o uno que deja de funcionar poco después de ser implantado.

Otro aspecto clave es el empaquetado del dispositivo. Debe ser hermético al aire y al agua para proteger los componentes electrónicos del cuerpo. Encerrar todo en metal, como el titanio, puede bloquear las ondas de radio necesarias para la comunicación externa. En cambio, un mejor enfoque puede ser usar un recubrimiento de cerámica o vidrio, como los que se encuentran en los teléfonos inteligentes.

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La conectividad inalámbrica no solo ayuda con el diagnóstico del dispositivo, sino también con la tranquilidad de los pacientes. La gente quiere saber que su implante está funcionando correctamente y es mucho más accesible tener estadísticas en un dispositivo que los pacientes pueden llevar consigo en lugar de algo que solo puede descargar el médico. Además, eliminar una antena externa ayuda a hacer que el diseño estructural general sea más pequeño y menos invasivo.

Recuerda que, al final del día, lo que diseñes se colocará dentro de una persona. Lo mismo ocurre con el sistema de entrega o cualquier procedimiento médico necesario para implantar el dispositivo. Los pacientes se recuperan más rápidamente si se utiliza el enfoque menos invasivo posible. Si puedes construir tu dispositivo lo suficientemente pequeño utilizando herramientas como la nanotecnología en el futuro, los médicos podrían administrarlo a través de una simple inyección.

Los implantes más grandes podrían ser entregados a través de una pequeña incisión utilizando cirugía laparoscópica, lo que a menudo permite que los pacientes regresen a casa el mismo día. Si tu dispositivo es demasiado grande para entrar en un pequeño orificio, podrías encontrarte con otro problema: encontrar suficiente espacio dentro del cuerpo. En ese caso, se pueden diseñar los dispositivos para que se dividan en múltiples componentes.

Administración y diagnóstico de bio dispositivos

Una vez que hayas resuelto todos los problemas para que un bio dispositivo funcione bien dentro de alguien, solo queda un problema: cómo retirarlo. Algunos pacientes pueden necesitar el dispositivo durante el resto de su vida, pero para todos los demás, generalmente es un procedimiento quirúrgico para retirarlo.

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Sin embargo, los investigadores se centran en desarrollar materiales metálicos biodegradables hechos de elementos como el magnesio, zinc y hierro. Estos materiales podrían ser valiosos en la electrónica de un bio dispositivo temporal, ya que tendrían las mismas propiedades que los dispositivos actuales, pero una vez que hayan cumplido su función, simplemente desaparecerían en el cuerpo.

Con aplicaciones como estas, el potencial de los bio dispositivos es casi ilimitado, pero se necesitará el trabajo de ingenieros dedicados para seguir dando vida a esas ideas. Hoy hablamos sobre los bio dispositivos y el papel que desempeñan en el mundo de la atención médica.

Nos centramos en los bio dispositivos implantables y todos los desafíos a los que se enfrentan, incluyendo la biocompatibilidad, energía y conectividad, empaquetado, diseño estructural, sistemas de entrega y administración del dispositivo. Finalmente, vimos algunas de las últimas investigaciones, como los tatuajes inteligentes, y lo que puede deparar el futuro de los bio dispositivos.

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Autor

  • Manuel Mascus

    Soy un ingeniero y periodista con una amplia experiencia en ambos campos, y aquí, en mi sitio web, encontrarás una variedad de artículos y análisis rigurosos que buscan fomentar la comprensión y el entusiasmo por estas disciplinas.

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