Un 'hilo' robótico que se desliza por los vasos sanguíneos del cerebro y retira coágulos

Publicado 29/08/2019 7:14:43CET
Los ingenieros del MIT desarrollan un hilo robótico orientable magnéticamente (en negro), lo suficientemente pequeño como para trabajar a través de espacios estrechos, como la vasculatura del cerebro humano.
Los ingenieros del MIT desarrollan un hilo robótico orientable magnéticamente (en negro), lo suficientemente pequeño como para trabajar a través de espacios estrechos, como la vasculatura del cerebro humano. - IMAGE COURTESY OF THE RESEARCHERS/MIT

MADRID, 29 Ago. (EUROPA PRESS) -

Los ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han desarrollado un robot con forma de hilo orientable magnéticamente que puede deslizarse activamente a través de caminos estrechos y sinuosos, como la vasculatura laberíntica del cerebro, lo que podría permitir administrar terapias reductoras de coágulos en respuesta a un accidente cerebrovascular u otros bloqueos cerebrales.

Según publican en la revista 'Science Robotics', en el futuro este hilo robótico puede combinarse con las tecnologías endovasculares existentes, lo que permite a los médicos guiar de forma remota el robot a través de los vasos cerebrales del paciente para tratar rápidamente bloqueos y lesiones, como las que ocurren en los aneurismas y los accidentes cerebrovasculares.

"Si el accidente cerebrovascular agudo se puede tratar dentro de los primeros 90 minutos, las tasas de supervivencia de los pacientes podrían aumentar significativamente --apunta Xuanhe Zhao, profesor asociado de ingeniería mecánica y de ingeniería civil y ambiental en el MIT--. Si pudiéramos diseñar un dispositivo para revertir el bloqueo de los vasos sanguíneos dentro de esta 'hora dorada', podríamos evitar el daño cerebral permanente. Esa es nuestra esperanza".

Para eliminar los coágulos de sangre en el cerebro, los médicos a menudo realizan un procedimiento endovascular, una cirugía mínimamente invasiva en la que un cirujano inserta un cable delgado a través de la arteria principal del paciente, generalmente en la pierna o la ingle.

Guiado por un fluoroscopio que simultáneamente captura imágenes de los vasos sanguíneos mediante rayos X, el cirujano gira manualmente el cable hacia el vaso cerebral dañado. Luego, se puede enroscar un catéter a lo largo del cable para administrar medicamentos o dispositivos de recuperación de coágulos a la región afectada.

Kim dice que el procedimiento puede ser físicamente agotador, lo que requiere que los cirujanos, que deben estar específicamente entrenados en la tarea, soporten la exposición repetida a la radiación de la fluoroscopia. "Es una habilidad exigente, y simplemente no hay suficientes cirujanos para los pacientes, especialmente en áreas suburbanas o rurales", dice Kim.

Los 'alambres' guía médicos utilizados en tales procedimientos son pasivos, lo que significa que deben manipularse manualmente, y generalmente están hechos de un núcleo de aleaciones metálicas, recubiertas de polímero, un material que Kim dice que podría generar fricción y dañar los revestimientos de los vasos si el alambre se quedarz atascado temporalmente en un espacio particularmente estrecho.

El equipo se dio cuenta de que los desarrollos en su laboratorio podrían ayudar a mejorar dichos procedimientos endovasculares, tanto en el diseño de la guía como en la reducción de la exposición de los médicos a cualquier radiación asociada.

En los últimos años, el equipo ha acumulado experiencia tanto en hidrogeles, materiales biocompatibles hechos principalmente de agua, como materiales accionados magnéticamente impresos en 3D que pueden diseñarse para gatear, saltar e incluso atrapar una pelota, simplemente siguiendo la dirección de un imán.

En este nuevo documento, los investigadores combinaron su trabajo en hidrogeles y en actuación magnética, para producir un hilo robótico o alambre de guía recubierto de hidrogel magnéticamente orientable, que pudieron hacer lo suficientemente delgado como para guiar magnéticamente a través de una réplica de silicona de tamaño natural de los vasos sanguíneos del cerebro.

El núcleo del hilo robótico está hecho de aleación de níquel-titanio, o "nitinol", un material flexible y elástico. A diferencia de una percha, que conservaría su forma cuando se doblara, un alambre de nitinol volvería a su forma original, dándole más flexibilidad para enrollar a través de vasos apretados y tortuosos. Además, el equipo cubrió el núcleo del cable con una pasta gomosa, o tinta, que incrustaron con partículas magnéticas.

Finalmente, utilizaron un proceso químico que desarrollaron previamente, para recubrir y unir la cubierta magnética con hidrogel, un material que no afecta la capacidad de respuesta de las partículas magnéticas subyacentes y, sin embargo, proporciona al cable una superficie suave, libre de fricción y biocompatible.

Demostraron la precisión y activación del hilo robótico mediante el uso de un imán grande, muy parecido a las cuerdas de una marioneta, para dirigir el hilo a través de una carrera de obstáculos de pequeños anillos, que recuerda a un hilo que se abre paso a través del ojo de una aguja.

Los investigadores también probaron el hilo en una réplica de silicona de tamaño real de los principales vasos sanguíneos del cerebro, incluidos coágulos y aneurismas, modelados a partir de las tomografías computarizadas del cerebro de un paciente real. El equipo llenó los vasos de silicona con un líquido que simulaba la viscosidad de la sangre, luego manipuló manualmente un gran imán alrededor del modelo para dirigir el robot a través de los estrechos y sinuosos caminos de los vasos.

Kim destaca que el hilo robótico se puede funcionalizar, lo que significa que se pueden agregar características, por ejemplo, para administrar medicamentos reductores de coágulos o romper bloqueos con luz láser. Para demostrar esto último, el equipo reemplazó el núcleo de nitinol del hilo con una fibra óptica y descubrió que podían dirigir magnéticamente el robot y activar el láser una vez que el robot alcanzara una región objetivo.

Cuando los investigadores realizaron comparaciones entre el hilo robótico recubierto y el no recubierto con hidrogel, descubrieron que el hidrogel le dio al hilo una ventaja muy necesaria de viscosidad que le permite deslizarse a través de espacios más estrechos sin atascarse. En una cirugía endovascular, esta propiedad sería clave para evitar la fricción y las lesiones en los revestimientos de los vasos a medida que el hilo avanza.

¿Y cómo puede este nuevo hilo robótico mantener a los cirujanos libres de radiación? Kim dice que una guía magnética orientable elimina la necesidad de que los cirujanos empujen físicamente un cable a través de los vasos sanguíneos de un paciente. Esto significa que los médicos tampoco tendrían que estar cerca de un paciente y, lo que es más importante, del fluoroscopio generador de radiación.

En el futuro cercano, el científico imagina cirugías endovasculares que incorporan tecnologías magnéticas existentes, como pares de imanes grandes, cuyas direcciones los médicos pueden manipular desde fuera de la sala de operaciones, lejos del fluoroscopio que toma imágenes del cerebro del paciente, o incluso en una ubicación diferente.

"Las plataformas existentes podrían aplicar un campo magnético y realizar el procedimiento de fluoroscopia al mismo tiempo al paciente, y el médico podría estar en la otra habitación, o incluso en una ciudad diferente, controlando el campo magnético con un joystick --aventura Kim--. Nuestra esperanza es aprovechar las tecnologías existentes para probar nuestro hilo robótico in vivo en el siguiente paso".