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Ingenieros del MIT diseñan una réplica robótica de la cámara derecha del corazón

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Ingenieros del MIT han desarrollado una réplica robótica de la cavidad derecha del corazón, que imita los latidos y la acción de bombeo de la sangre de los corazones vivos. La robo-cavidad combina tejido cardíaco real con músculos artificiales sintéticos parecidos a globos que permiten a los científicos controlar las contracciones de la cavidad mientras observan cómo funcionan sus válvulas naturales y otras estructuras intrincadas.

La cavidad artificial puede ajustarse para imitar estados saludables y enfermos. El equipo manipuló el modelo para simular condiciones de disfunción ventricular derecha, incluida la hipertensión pulmonar y el infarto de miocardio. También utilizaron el modelo para probar dispositivos cardíacos. Por ejemplo, el equipo implantó una válvula mecánica para reparar una válvula natural defectuosa, luego observó cómo cambiaba el bombeo de la cavidad en respuesta.

Afirman que la nueva cavidad derecha robótica, o RRV por sus siglas en inglés, se puede utilizar como una plataforma realista para estudiar trastornos de la cavidad derecha y probar dispositivos y terapias destinados a tratar esos trastornos.

"La cavidad derecha es particularmente susceptible a disfunciones en entornos de unidades de cuidados intensivos, especialmente en pacientes con ventilación mecánica", dice Manisha Singh, una investigadora postdoctoral en el Instituto de Ingeniería Médica y Ciencia del MIT (IMES). "El simulador RRV se puede utilizar en el futuro para estudiar los efectos de la ventilación mecánica en la cavidad derecha y desarrollar estrategias para prevenir la insuficiencia cardíaca derecha en estos pacientes vulnerables".

Singh y sus colegas informan detalles del nuevo diseño en un artículo que aparece hoy en Nature Cardiovascular Research. Sus coautores incluyen a la profesora asociada Ellen Roche, quien es miembro principal de IMES y la jefa asociada de investigación en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, junto con Jean Bonnemain, Caglar Ozturk, Clara Park, Diego Quevedo-Moreno, Meagan Rowlett y Yiling Fan del MIT, Brian Ayers del Hospital General de Massachusetts, Christopher Nguyen de la Clínica Cleveland y Mossab Saeed del Hospital de Niños de Boston.

Un ballet de latidos

La cavidad derecha es una de las cuatro cavidades del corazón, junto con la cavidad izquierda y las aurículas izquierda y derecha. De las cuatro cavidades, la cavidad izquierda es la más importante, ya que su musculatura gruesa y cónica está diseñada para bombear sangre a través de todo el cuerpo. La cavidad derecha, según Roche, es una "bailarina" en comparación, ya que maneja una carga más ligera pero no menos crucial.

"La cavidad derecha bombea sangre desoxigenada a los pulmones, por lo que no tiene que bombear tan fuerte", señala Roche. "Es un músculo más delgado, con una arquitectura y movimiento más complejos".

Esta complejidad anatómica ha dificultado que los médicos observen y evalúen con precisión la función de la cavidad derecha en pacientes con enfermedades cardíacas.

"Las herramientas convencionales a menudo no logran capturar los intrincados mecanismos y dinámicas de la cavidad derecha, lo que lleva a posibles diagnósticos erróneos y estrategias de tratamiento inadecuadas", dice Singh.

Para mejorar la comprensión de la cavidad menos conocida y acelerar el desarrollo de dispositivos cardíacos para tratar su disfunción, el equipo diseñó un modelo realista y funcional de la cavidad derecha que captura tanto sus intrincadas anatomías como su función de bombeo.

El modelo incluye tejido cardíaco real, que el equipo eligió incorporar porque conserva estructuras naturales demasiado complejas para reproducir sintéticamente.

"Hay cordones delgados y pequeñas valvas de válvulas con diferentes propiedades de material que se mueven todas a la par con el músculo de la cavidad. Intentar fundir o imprimir estas estructuras muy delicadas es bastante desafiante", explica Roche.

La vida útil de un corazón

En el nuevo estudio, el equipo informa que extrajo la cavidad derecha de un cerdo, que trataron para preservar cuidadosamente sus estructuras internas. Luego, colocaron un revestimiento de silicona alrededor de ella, que actuaba como un miocardio sintético y suave. Dentro de este revestimiento, el equipo incrustó varios tubos largos parecidos a globos, que rodeaban el tejido cardíaco real, en posiciones que el equipo determinó mediante modelado computacional como óptimas para reproducir las contracciones de la cavidad. Los investigadores conectaron cada tubo a un sistema de control, que configuraron para inflar y desinflar cada tubo a tasas que imitaban el ritmo y el movimiento real del corazón.

Para probar su capacidad de bombeo, el equipo infundió el modelo con un líquido de viscosidad similar a la sangre. Este líquido en particular también era transparente, lo que permitía a los ingenieros observar con una cámara interna cómo respondían las válvulas internas y las estructuras a medida que la cavidad bombeaba líquido.

Descubrieron que la potencia de bombeo de la cavidad artificial y la función de sus estructuras internas eran similares a lo que habían observado previamente en animales vivos y saludables, demostrando que el modelo puede simular de manera realista la acción y anatomía de la cavidad derecha. Los investigadores también pudieron ajustar la frecuencia y la potencia de los tubos de bombeo para imitar diversas condiciones cardíacas, como latidos irregulares, debilitamiento muscular e hipertensión.

"Estamos 'reanimando' el corazón, en cierto sentido, y de una manera que podemos estudiar y potencialmente tratar su disfunción", dice Roche.

Para demostrar que la cavidad artificial se puede utilizar para probar dispositivos cardíacos

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