Este corazón artificial impreso en 3D realmente late

Los ingenieros de la universidad ETH Zurich utilizaron la impresión tridimensional para fabricar un corazón artificial hecho de material implantable, según una investigación publicada hace unas semanas en la revista médica Artificial Organs.

Aunque la estructura de dicha "prueba de concepto" no puede latir por más de 30 minutos continuos, el corazón artificial posee no obstante ventrículo izquierdo y derecho, bombea un líquido parecido a la sangre y pesa casi lo mismo que un corazón humano natural.

Wendelin Stark, profesor de ingeniería de materiales funcionales en la universidad suiza, creó el corazón palpitante, junto con su estudiante de doctorado Nicholas Cohrs y otros investigadores, utilizando una técnica de moldeado en cera.

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"No imprimimos el corazón directamente, sino un molde, que nos permite hacer la (estructura de) silicona con las geometrías incorporadas", explicó Cohrs en un correo electrónico. "Elegimos silicona porque es un material establecido en la medicina y los implantes y está disponible a través de muchos proveedores en grado implantable".

De cara al futuro, Cohrs dijo que la silicona ofrece la mayor flexibilidad para la optimización de un corazón artificial.

Aplicaciones futuras

El diseño del corazón artificial blando comenzó en el Zurich Heart Project, una colaboración de 20 grupos de investigación de diversas disciplinas e instituciones en Zúrich y Berlín. Sus esfuerzos combinados buscan crear tecnologías para reemplazar las bombas de sangre, que tienen desventajas como piezas que pueden fallar.

Para tal efecto, los investigadores del Zurich Heart Project han diseñado un entorno de pruebas e incluso han creado un fluido con una viscosidad similar a la sangre para simular el sistema cardiovascular humano.

nullStark, Cohrs y otros miembros de su grupo hicieron uso de este entorno de pruebas cuando desarrollaron su corazón artificial.

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"Elegimos la impresión en 3D porque es una técnica muy versátil que permite fabricar muy bien geometrías específicas y detalladas", escribió Cohrs, agregando que también es una técnica "muy rápida".

El corazón artificial flexible pesa 390 gramos. Aunque carece de aurículas, esto es, las cavidades superiores del órgano humano, el corazón tiene un ventrículo derecho y un ventrículo izquierdo, que están separados por una cavidad adicional en vez del tabique que se encuentra en un corazón humano.

El aire presurizado infla y desinfla esta cavidad central, reemplazando la contracción muscular del corazón humano, y así es como el corazón artificial es capaz de bombear fluido de viscosidad semejante a la sangre humana.

Actualmente, algunos pacientes de trasplante de corazón requieren dispositivos de asistencia ventricular - básicamente bombas mecánicas que pueden soportar un sistema circulatorio comprometido - como un "puente" antes de sus cirugías. Sin embargo, estos dispositivos "a menudo se utilizan también como terapia definitiva para pacientes de más edad" que, debido a su edad, no son elegibles para trasplantes de corazón, explicó Cohrs.

Su corazón artificial podría algún día cumplir ese propósito, dijo, aunque el "objetivo final es, por supuesto, poder proporcionar un corazón artificial", una estructura específica para el paciente que funcione tan bien como un corazón natural.

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"Se necesitarán años", reconoció, y agregó que es preciso hacer mejoras antes de comenzar siquiera a pensar en eso.

'Hazaña de la ingeniería'

El doctor Stephen H. Little, cardiólogo del Houston Methodist DeBakey Heart & Vascular Center y director médico de la clínica del mismo centro especializada en válvulas para enfermedades cardíacas, señaló que el corazón artificial desarrollado por Cohrs y Stark es "bastante impresionante".

El equipo creó "una mezcla específica de materiales impresos en 3D que podrían mantener su configuración bajo múltiples ciclos" durante 30 a 45 minutos, y aunque "no dieron muchos detalles acerca de cómo lograron que latiera, lograron que latiera", comentó Little, que no participó en la investigación.

Señaló que esta "hazaña de la ingeniería" está "muy lejos de lo que otros han logrado".

"El problema con el corazón es que está latiendo y moviéndose", dijo Little. Hay "mucha impresión 3D para fines médicos", pero la mayoría en "materiales que no tienen que moverse".

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"Puedes colocar un hueso de la cadera, una mandíbula, una placa, puedes imprimir en 3D materiales como titanio, cerámica o plástico rígido", explicó, pero cuando se trata de hacer un corazón palpitante, eso es “de una magnitud más difícil”. En consecuencia, "la cardiología está muy lejos de otros campos médicos".

"Hay un gran interés en el mundo pediátrico para ciertas cirugías increíblemente complejas que deben realizarse en niños pequeños que nacen con problemas congénitos del corazón", abundó Little. Y los cirujanos pediátricos utilizan cada vez más modelos impresos en 3D para planificar procedimientos complicados y específicos.

"Una de las ventajas de la impresión tridimensional es que puedes tomar la imagen clínica de un paciente, que puede ser una tomografía computarizada, una resonancia magnética o una ecocardiografía tridimensional... y puedes reproducirla y crear un modelo tridimensional", dijo. Con eso, un cirujano puede planificar un procedimiento que podría tomar 45 minutos frente a las tres horas sin un modelo.

En lugar de un solo material, la impresión 3D puede mezclar una docena de materiales, explicó Little, añadiendo que gracias a esta capacidad los modelos se aproximan más a estructuras que realmente parecen y se sienten como un corazón.

"Puedes tener un modelo con materiales rígidos que representan la calcificación, materiales blandos que representan las estructuras de la válvula, materiales ligeramente más duros que representan el músculo del corazón", detalló.

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"La otra gran aplicación que hacemos con la impresión tridimensional es la educación médica y la educación del paciente", refirió Little. Aunque los cirujanos pueden mostrar a los pacientes muñecos y diagramas y traten de explicar "este es tu corazón, y esto es lo que vamos a hacer", no es ni remotamente tan efectivo como un modelo 3D.

"Si una imagen vale más que mil palabras, entonces sostener un modelo impreso de tu propio corazón e identificar donde está el problema y cómo se arreglará, debe valer un millón de palabras", comentó. "No importa el idioma que uses, con traductor o sin él, los pacientes sostienen el corazón y ven lo que estás haciendo… y lo entienden. Esa es una aplicación muy básica, pero es una de muy alto impacto”.

Para Little, el reto que sigue es la financiación. ¿Quién paga el modelo? ¿Se paga con el presupuesto operativo de un hospital, fondos filantrópicos o se le factura al paciente?

Little espera que algún día las aseguradoras se convenzan de que si gastan 500 o 1,000 dólares en imprimir un modelo en 3D, el paciente puede pasar menos días en un hospital, y en realidad ahorrarían dinero.

nullCada paciente, cada corazón y cada problema cardiaco es diferente, explicó Little. "La gente viene en un millón de variedades, pero la mayoría de los dispositivos vienen en solo uno o dos tamaños. Cómo ajustar este dispositivo genérico a un paciente específico, ahí es donde entra el valor de la impresión en 3D".

La creación de corazones artificiales específicos para pacientes puede estar a años de distancia, pero es una meta que vale la pena, dijo el cardiólogo.

El creciente número de pacientes con enfermedades cardiovasculares también sugiere que los corazones impresos en 3D pueden convertirse en un producto cada vez más valioso en todo el mundo.

Las enfermedades cardiovasculares incluyen casi todo lo que puede andar mal en el corazón y los vasos sanguíneos, incluyendo la acumulación de placa y coágulos, dando lugar a ataques cardíacos y accidentes cerebrovasculares.

Cada año, las enfermedades cardiovasculares se cobran casi 17.5 millones de vidas –al presente, esto representa el 31% de todas las muertes a nivel mundial- y este número sigue aumentando, según la Organización Mundial de la Salud .

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En Estados Unidos, más de 80 millones de personas tienen alguna clase de enfermedad cardiovascular, responsable de casi una de cada cuatro muertes cada año. Los trasplantes de corazón acaso no sean la solución para cada condición cardiaca, pero la United Network for Organ Sharing (Red unida para compartir órganos) contabilizó 67,301 trasplantes de corazón realizados en Estados Unidos desde el 1 de enero de 1988 hasta el 30 de junio de 2017.

Dada la escasez de corazones, un corazón artificial sería un logro valorado por pacientes en todo el mundo.

"Si esto es posible es otra cuestión, pero definitivamente es el objetivo", afirmó Cohrs.