Crean el primer tatuaje de grafeno para tratar las arritmias cardíacas

Las arritmias cardíacas son alteraciones del ritmo cardíaco que se producen porque el corazón late demasiado rápido, o demasiado lento. Por lo general su pronóstico es bueno, pero pueden complicarse y dar lugar a insuficiencia cardíaca, un accidente cerebrovascular, o incluso muerte súbita. Para tratar la arritmia se puede colocar un marcapasos que detecta si los latidos cardíacos no son normales y corrige el ritmo con estimulación eléctrica. Ahora, un nuevo implante cardíaco de grafeno que incorpora mejoras importantes podría sustituir al marcapasos.

El grafeno es un súper material bidimensional y sumamente resistente, muy liviano y con propiedades conductoras, mientras que el marcapasos es rígido y puede limitar los movimientos naturales del corazón, dañar los tejidos blandos, provocar molestias de vez en cuando y causar algunas complicaciones, como coágulos de sangre, hinchazón con dolor, perforaciones o infecciones, entre otras.

Un equipo de científicos liderado por investigadores de la Universidad de Texas en Austin y la Universidad Northwestern ha desarrollado el derivado implantable del tatuaje electrónico portátil basado en grafeno, o e-tattoo: biointerfaz de grafeno, que se ha convertido en el implante cardíaco más delgado hasta ahora y que, además, es transparente, lo que permite utilizar una fuente de luz óptica externa para registrar y estimular la actividad cardíaca.

“El tatuaje de grafeno es compatible con el cuerpo humano, liviano y transparente, por lo que es una solución más natural para las personas con problemas cardíacos”

Los investigadores realizaron pruebas para comprobar que el tatuaje de grafeno era capaz de detectar ritmos cardíacos irregulares y emitir pulsos para generar estimulación eléctrica sin limitar ni alterar los movimientos naturales del corazón. “Es muy emocionante aprovechar nuestra tecnología de tatuajes electrónicos para usarla como un dispositivo implantable dentro del cuerpo”, dijo Dmitry Kireev, investigador asociado postdoctoral en el laboratorio del profesor Deji Akinwande en UT Austin. “El hecho de que sea mucho más compatible con el cuerpo humano, liviano y transparente, hace que esta sea una solución más natural para las personas con problemas cardíacos”.

Grafeno: un material biocompatible con el corazón

El nuevo implante se parece a las calcomanías o tatuajes temporales que se hacen los niños y es más delgado que un cabello. Es biocompatible y, al ser tan delgado y flexible, se adapta a los contornos del corazón, pero también es suficientemente fuerte y elástico para resistir sus latidos.

“Uno de los desafíos para los marcapasos y desfibriladores actuales es que son difíciles de colocar en la superficie del corazón”, ha explicado Igor Efimov de Northwestern, profesor de ingeniería biomédica en la Escuela de Ingeniería McCormick y codirector del estudio. “Los electrodos de desfibrilador, por ejemplo, son esencialmente bobinas hechas de alambres muy gruesos, que no son flexibles y se rompen. Las interfaces rígidas con los tejidos blandos como el corazón pueden causar diversas complicaciones. Por el contrario, nuestro dispositivo suave y flexible es discreto y se adapta sin problemas directamente al corazón para proporcionar mediciones más precisas”.

El objetivo de Efimov y sus colegas era desarrollar un dispositivo biocompatible ideal para adaptarse a tejidos blandos y dinámicos. Tras evaluar varios materiales escogieron el grafeno, una forma atómicamente delgada de carbono. La biocompatibilidad del grafeno lo hace especialmente interesante con fines médicos. “El carbono es la base de la vida, por lo que es un material seguro que ya se utiliza en distintas aplicaciones clínicas. También es flexible y suave, lo que funciona bien como interfaz entre la electrónica y un órgano suave y mecánicamente activo”, afirma Efimov.

Akinwande y su equipo llevaban años desarrollando tatuajes electrónicos con grafeno, que tenían diferentes funciones, como la monitorización de señales corporales. Flexibles y sin peso, los tatuajes electrónicos que han creado se adhieren a la piel para monitorear continuamente los signos vitales, incluida la presión arterial y la actividad eléctrica del cerebro, el corazón y los músculos.

Sin embargo, una cosa es colocarlos sobre la piel, y otra en el interior del organismo, por lo que los investigadores desarrollaron una técnica completamente nueva. En primer lugar, encapsularon el grafeno dentro de una membrana de silicona elástica y flexible, con un orificio perforado para dar acceso al electrodo de grafeno interior. Después, colocaron cinta de oro (con un grosor de 10 micras) sobre la capa de encapsulación para que sirviera como interconexión eléctrica entre el grafeno y la electrónica exterior utilizada para medir y estimular el corazón. Finalmente, lo colocaron sobre el corazón. El grosor total de todas las capas unidas es de alrededor de 100 micras.

Este nuevo dispositivo se mantuvo estable durante 60 días con un corazón que latía de forma activa a la temperatura corporal, lo que es equivalente a la duración de los marcapasos temporales que se emplean como transición a los marcapasos permanentes o al control del ritmo cardíaco después de una intervención quirúrgica u otras terapias.