Nuevo dispositivo podría ser una alternativa más segura a los ventiladores pulmonares

Una nueva tecnología que recrea características importantes de las estructuras en el pulmón podría eventualmente ser una alternativa más segura a ciertos tipos de máquinas respiratorias y cardíacas utilizadas para tratar a personas cuyos pulmones han fallado debido a una enfermedad o lesión.

La sangre de color rojo oscuro fluye hacia el dispositivo, donde intercambia dióxido de carbono por oxígeno y sale por el otro lado mucho más brillante.

Mediante el uso de técnicas de fabricación diseñadas originalmente para fabricar chips de computadora, los ingenieros biomédicos han logrado avances significativos en los últimos años para imitar los mecanismos de ciertos sistemas de órganos, cuya funcionalidad saludable depende de condiciones químicas y físicas muy precisas. La sangre, por ejemplo, es extremadamente sensible a entornos distintos a los que encuentra en los sistemas vivos saludables. Ahora los ingenieros de Laboratorio Draper dicen que han diseñado una nueva terapia pulmonar, compuesta de diminutos canales moldeados en un polímero biocompatible que es capaz de manejar altas tasas de flujo sanguíneo. Si las cosas salen según lo planeado, la terapia será mucho más segura que las que se usan hoy en día.

Es común que las personas gravemente enfermas experimenten el síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA), en el que se acumula líquido en los pulmones e impide el intercambio normal de oxígeno y dióxido de carbono. La ventilación mecánica de los pulmones, la terapia más utilizada para estos pacientes, es similar a pedirle a alguien que ejercite un brazo roto, dice Jeff Borenstein, quien dirige el proyecto de microfluidos pulmonares en Draper. La terapia invasiva implica forzar altas concentraciones de oxígeno en los pulmones a altas presiones y no permite que el tejido enfermo o dañado se cure, dice. Peor aún, comúnmente conduce a complicaciones graves, incluida la toxicidad del tejido pulmonar y la neumonía.

Una alternativa a la ventilación mecánica es la oxigenación por membrana extracorpórea (ECMO), que implica extraer sangre de un paciente y pasarla por un dispositivo que elimina el dióxido de carbono y le agrega oxígeno antes de devolver la sangre al cuerpo del paciente. Tradicionalmente, ECMO se ha utilizado principalmente como una medida para salvar vidas si la ventilación mecánica no funciona o es imposible, y se usa más comúnmente en niños. Las máquinas ECMO de hoy, en las que la sangre fluye sobre un haz de fibras porosas a través de las cuales se bombea oxígeno, son complicadas y requieren experiencia especializada para operar. La sangre tiende a coagularse en el dispositivo, lo cual es muy diferente al entorno del pulmón, por lo que los pacientes deben tomar grandes dosis de medicamentos anticoagulantes. Esto puede conducir a otras complicaciones peligrosas, como sangrado en el cerebro o el sistema gastrointestinal.

El nuevo dispositivo de microfluidos, que tiene un diseño más simple y proporciona a la sangre que fluye un entorno mucho más parecido al que encuentra en los pulmones, podría reemplazar esencialmente las entrañas de las máquinas ECMO convencionales, dice David O'Dowd, gerente de programa para sistemas biomédicos en Draper. . Si las cosas salen según lo planeado, estará listo para probar en animales en dos años y listo para pruebas en humanos en tres, dice.

Al apilar capas de plástico biocompatible con microcanales estampados en su superficie, el equipo de Borenstein ha construido una estructura de ramificación tridimensional en la que los canales más grandes se ramifican gradualmente en otros más pequeños, de forma similar a como los vasos sanguíneos más grandes se ramifican en capilares.

Otros grupos de investigación también buscan tecnologías de intercambio de gases basadas en microfluidos, pero Borenstein dice que el dispositivo de su equipo es único en el grado en que imita el sistema biológico real, algo que fue posible gracias a los métodos patentados que el grupo usó para lograr la ramificación 3D. . Mientras fluye a través del dispositivo, es mucho menos probable que la sangre piense que debería estar coagulando que en una máquina ECMO, dice Borenstein. También pone el oxígeno y la sangre en una proximidad más cercana, lo que permite un intercambio de gases más eficiente en comparación con ECMO convencional.

Este diseño único es lo que ha permitido que el equipo logre tasas de flujo sanguíneo al menos 10 veces más rápidas que las tecnologías microfluídicas de la competencia, según Borenstein. Recientemente, el grupo demostró una tasa de flujo de 100 mililitros por minuto usando sangre bovina. Ahora el objetivo es ampliarlo para que pueda manejar litros de sangre por minuto sin sacrificar los atributos que reducen el riesgo de coagulación.

Debido a que un dispositivo como este sería más simple, más eficiente y no requeriría que los pacientes tomen muchos anticoagulantes, podría ser mucho más seguro que las máquinas ECMO actuales para uso a largo plazo, dice Felipe Campamento , cirujano cardiotorácico del Brigham and Women's Hospital de Boston que investiga sistemas de apoyo mecánico para pacientes con insuficiencia cardíaca o pulmonar. Eso podría ser especialmente útil para ayudar a las personas a superar los brotes de afecciones pulmonares crónicas comunes, como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC). Si la tecnología se puede ampliar y comercializar con éxito, dice, tiene el potencial de revolucionar la forma en que cuidamos a las personas que tienen insuficiencia respiratoria aguda.

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