Un equipo de investigadores surcoreanos desarrolló un sistema inalámbrico que alimenta implantes médicos blandos mientras se estiran o se mueven dentro del cuerpo, un avance que podría marcar el camino hacia marcapasos y otros dispositivos sin baterías que operen bajo las condiciones dinámicas de un organismo vivo, informó TechXplore, portal de divulgación especializado en ciencia y tecnología. El sistema, descrito en la revista Nature Electronics, fue desarrollado por un equipo del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) y la Universidad Nacional de Seúl (SNU), con la participación de investigadores de la Universidad Nacional de Jeonbuk (JBNU), la Universidad Kyung Hee y el Hospital de la Universidad Nacional de Seúl.
El dispositivo combina un transmisor portátil externo con un receptor implantable fabricado en metal líquido, capaz de deformarse sin perder conductividad eléctrica. El transmisor puede operarse desde un teléfono inteligente a través de una aplicación de Bluetooth Low Energy, con la que un médico o el propio paciente podría ajustar los parámetros del sistema sin necesidad de equipos especializados.
Un sistema que se adapta solo
El principal desafío en la alimentación inalámbrica de implantes blandos es que el movimiento continuo del cuerpo —y en particular el latido del corazón— altera constantemente la posición y la forma del receptor, lo que en los sistemas convencionales provoca una caída abrupta de la eficiencia. Dae-Hyeong Kim, investigador principal del estudio, relató que ese fue el punto de partida del proyecto: “Todo comenzó con una pregunta práctica: ¿cómo podemos alimentar de manera confiable un implante inalámbrico en un cuerpo que está en constante movimiento?”.
Para resolver ese problema, el equipo recurrió a la simetría paridad-tiempo (PT, por sus siglas en inglés), un principio proveniente de la física cuántica que ya se aplica en sistemas ópticos y electrónicos. Aplicado a la transferencia inalámbrica de energía, permite que el transmisor ajuste su frecuencia operativa en tiempo real para seguir al receptor, sin importar cómo se desplace o deforme el implante. “En la transferencia inalámbrica de potencia, este principio permite una transferencia de energía estable al equilibrar la energía suministrada por el transmisor con la que consume el receptor”, describió Kim.
Del lado del implante, el equipo fabricó el receptor con conductores de metal líquido a base de galio, encapsulados en elastómeros blandos y biocompatibles. A diferencia de los metales sólidos —que al estirarse adelgazan y elevan su resistencia eléctrica—, el metal líquido redistribuye su volumen sin perder sección transversal, lo que mantiene la conductividad casi constante durante la deformación. Según los datos publicados en el estudio, la eficiencia de transferencia supera el 50 % incluso cuando el receptor se estira un 30 % respecto de su longitud original, y el sistema permanece estable ante desplazamientos laterales de hasta 30 milímetros.
“Desarrollamos un receptor de metal líquido intrínsecamente elástico que mantiene una alta conductividad eléctrica durante la deformación. Combinado con el transmisor adaptativo, permitió una alimentación inalámbrica confiable incluso cuando el estiramiento y el desalineamiento ocurrían de manera simultánea”, precisó el investigador.
La prueba en el corazón
Para demostrar la viabilidad clínica de la tecnología, el equipo construyó un marcapasos cardíaco sin cables que integra el receptor de metal líquido con circuitos de estimulación y electrodos de nanohilos de plata y oro embebidos en elastómero, un material altamente elástico capaz de estirarse y volver a su forma original. El transmisor portátil —alimentado por una batería de litio de 11 voltios y controlado por un microcontrolador— se montó sobre el exterior del cuerpo en pruebas con animales.
Las pruebas en modelos porcinos confirmaron que el sistema logró estimular el corazón de forma continua y, además, interrumpir episodios de taquiarritmia ventricular, es decir, ritmos cardíacos anormalmente acelerados, mediante estimulación eléctrica controlada. “Confirmamos que el marcapasos funcionó de manera confiable a pesar de la deformación y los cambios en la alineación”, afirmó Kim.
El profesor Junho Moon, de la Facultad de Medicina Veterinaria de la JBNU y responsable de la validación en animales vivos, informó que los dispositivos se implantaron de forma estable bajo la piel y sobre la superficie cardíaca de conejos y cerdos. El monitoreo electrocardiográfico en tiempo real confirmó la estimulación efectiva en múltiples sitios de los ventrículos izquierdo y derecho.
El camino hacia la aplicación clínica
A pesar de los resultados alentadores en animales, el equipo reconoce que el camino hacia la aplicación en entornos de salud reales todavía es largo. Será necesario optimizar la eficiencia de transferencia, miniaturizar los componentes, evaluar la seguridad en tejidos y validar la confiabilidad a largo plazo antes de avanzar hacia ensayos clínicos en humanos.
Kim señaló que el alcance de la tecnología va más allá del marcapasos: “Nuestro enfoque relaja esas restricciones y permite que un transmisor portátil, que podría adoptar la forma de un parche adherible a la piel, alimente de manera confiable un implante blando en condiciones más dinámicas”. La arquitectura podría aplicarse a sistemas de monitoreo fisiológico continuo y de neuroestimulación, entre otros dispositivos blandos que deban operar mientras el cuerpo se mueve.
El próximo objetivo del equipo es extender la funcionalidad del sistema para que, además de recibir energía, el implante pueda enviar datos al dispositivo externo. El investigador describió que trabajan en incorporar la transmisión de señales dentro del mismo marco de simetría PT, con vistas a crear “sistemas de lazo cerrado que ajusten la estimulación en respuesta a las señales que registran”.