Investigadores de ETH del Laboratorio de Materiales Funcionales han desarrollado un corazón de silicona que late casi como un corazón humano. En colaboración con colegas del Grupo de Desarrollo de Productos de Zúrich, han probado su funcionamiento.
Parece un corazón real. Y ese es el objetivo del primer corazón artificial completamente blando: imitar su modelo natural lo más fielmente posible. Nicholas Cohrs, estudiante de doctorado del grupo dirigido por Wendelin Stark, profesor de Ingeniería de Materiales Funcionales en ETH Zúrich, desarrolló el corazón de silicona. La razón para tomar la naturaleza como modelo está clara. Las bombas de sangre que se utilizan actualmente tienen muchas desventajas: sus componentes mecánicos son susceptibles a complicaciones y el paciente carece de pulso fisiológico, lo que se supone que tiene ciertas consecuencias para él.
«Por eso, nuestro objetivo es desarrollar un corazón artificial que tenga aproximadamente el mismo tamaño que el del paciente y que imite el corazón humano lo más fielmente posible en su forma y función», afirma Cohrs. Un corazón artificial que funcione bien es realmente necesario: alrededor de 26 millones de personas en todo el mundo sufren insuficiencia cardíaca y hay escasez de corazones de donantes. Las bombas de sangre artificiales ayudan a acortar la espera hasta que el paciente recibe un corazón de donante o se recupera su propio corazón.
El corazón artificial blando se creó con silicona mediante una técnica de impresión 3D y fundición a la cera perdida; pesa 390 gramos y tiene un volumen de 679 cm3. «Es un monobloque de silicona con una estructura interna compleja», explica Cohrs. Este corazón artificial tiene un ventrículo derecho y uno izquierdo, como un corazón humano real, aunque no están separados por un tabique, sino por una cámara adicional. Esta cámara se infla y desinfla con aire a presión y sirve para bombear líquido desde las cámaras sanguíneas, sustituyendo así la contracción muscular del corazón humano.
Pensar en una nueva dirección
Anastasios Petrou, estudiante de doctorado del Grupo de Desarrollo de Productos de Zúrich, dirigido por el profesor Mirko Meboldt, evaluó el rendimiento de este corazón artificial blando. Los jóvenes investigadores acaban de publicar los resultados de los experimentos en la revista científica Artificial Organs.
Demostraron que el corazón artificial blando funciona en principio y se mueve de forma similar a un corazón humano. Sin embargo, todavía tiene un problema: por ahora solo dura unos 3.000 latidos, lo que equivale a entre media hora y tres cuartos de hora de funcionamiento. Después, el material ya no resiste el esfuerzo. Cohrs explica: «Esto fue simplemente una prueba de viabilidad. Nuestro objetivo no era presentar un corazón listo para implantarse, sino explorar una nueva dirección para desarrollar corazones artificiales». Por supuesto, habría que mejorar considerablemente la resistencia a la tracción del material y el rendimiento.
Zurich Heart reúne a investigadores
Cohrs y Petrou se conocieron en el Proyecto Zurich Heart, un proyecto emblemático de University Medicine Zurich que reúne a 20 grupos de investigación de diversas disciplinas e instituciones de Zúrich y Berlín. Parte de la investigación se centra en mejorar las bombas de sangre existentes, por ejemplo, en cómo reducir el daño sanguíneo causado por los componentes mecánicos de la bomba; otros equipos estudian membranas extremadamente elásticas o superficies más biocompatibles. Todo ello se lleva a cabo en estrecha colaboración con los médicos de Zúrich y Berlín.
El animado intercambio entre investigadores también benefició a este subproyecto de Zurich Heart. Estudiantes de doctorado del Grupo de Desarrollo de Productos de Zúrich, que trabajan en nuevas tecnologías para bombas de sangre, han creado un entorno de pruebas que les permite simular el sistema cardiovascular humano. Los investigadores del corazón de silicona utilizaron este entorno durante el proceso de desarrollo, que también incluyó el uso de un líquido con una viscosidad comparable a la de la sangre humana. «Actualmente, nuestro sistema es probablemente uno de los mejores del mundo», afirma Petrou con orgullo.
Investigar el corazón es una tarea apasionante, y tanto Cohrs como Petrou querrían seguir trabajando en este campo. «Como ingeniero mecánico, nunca habría imaginado que algún día tendría un corazón blando en las manos. Ahora esta investigación me fascina tanto que me gustaría mucho seguir trabajando en el desarrollo de corazones artificiales», afirma Petrou.
