Investigadores del MIT, trabajando con científicos del Brigham and Women's Hospital, han desarrollado una nueva forma de alimentar y comunicarse con dispositivos implantados en lo profundo del cuerpo humano. Dichos dispositivos podrían usarse para administrar medicamentos, monitorear las condiciones dentro del cuerpo, o tratar enfermedades estimulando el cerebro con electricidad o luz.

Los implantes funcionan con ondas de radiofrecuencia, que puede atravesar con seguridad los tejidos humanos. En pruebas en animales, los investigadores demostraron que las ondas pueden alimentar dispositivos ubicados a 10 centímetros de profundidad en el tejido, desde una distancia de 1 metro.

"Aunque estos diminutos dispositivos implantables no tienen pilas, ahora podemos comunicarnos con ellos desde una distancia fuera del cuerpo. Esto abre tipos completamente nuevos de aplicaciones médicas, "dice Fadel Adib, profesor asistente en el Media Lab del MIT y autor principal del artículo, que se presentará en la conferencia del Grupo de Interés Especial sobre Comunicación de Datos de la Asociación de Maquinaria de Computación (SIGCOMM) en agosto.

Porque no necesitan batería, los dispositivos pueden ser pequeños. En este estudio, los investigadores probaron un prototipo del tamaño de un grano de arroz, pero anticipan que podría hacerse aún más pequeño.

"Tener la capacidad de comunicarse con estos sistemas sin la necesidad de una batería sería un avance significativo. Estos dispositivos podrían ser compatibles con las condiciones de detección, además de ayudar en la administración de un medicamento". "dice Giovanni Traverso, profesora asistente en el Brigham and Women's Hospital (BWH), Escuela Médica de Harvard, un afiliado de investigación en el Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT, y autor del artículo.

Otros autores del artículo son el postdoctorado de Media Lab Yunfei Ma, El estudiante graduado de Media Lab Zhihong Luo, y Christoph Steiger, postdoctorado afiliado de Koch Institute y BWH.

Comunicación inalámbrica

Los dispositivos médicos que se pueden ingerir o implantar en el cuerpo podrían ofrecer a los médicos nuevas formas de diagnosticar, monitor, y tratar muchas enfermedades. El laboratorio de Traverso ahora está trabajando en una variedad de sistemas ingeribles que se pueden usar para administrar medicamentos, monitorear los signos vitales, y detectar el movimiento del tracto gastrointestinal.

En el cerebro, Los electrodos implantables que suministran una corriente eléctrica se utilizan para una técnica conocida como estimulación cerebral profunda. que se utiliza a menudo para tratar la enfermedad de Parkinson o la epilepsia. Estos electrodos ahora están controlados por un dispositivo similar a un marcapasos implantado debajo de la piel, que podría eliminarse si se utiliza energía inalámbrica. Los implantes cerebrales inalámbricos también podrían ayudar a entregar luz para estimular o inhibir la actividad neuronal a través de la optogenética. que hasta ahora no se ha adaptado para su uso en humanos, pero podría ser útil para tratar muchos trastornos neurológicos.

En la actualidad, dispositivos médicos implantables, como marcapasos, llevar sus propias baterías, que ocupan la mayor parte del espacio del dispositivo y ofrecen una vida útil limitada. Adib, que imagina mucho más pequeño, dispositivos sin batería, ha estado explorando la posibilidad de alimentar de forma inalámbrica dispositivos implantables con ondas de radio emitidas por antenas externas al cuerpo.

Hasta ahora, esto ha sido difícil de lograr porque las ondas de radio tienden a disiparse a medida que atraviesan el cuerpo, por lo que terminan siendo demasiado débiles para suministrar suficiente energía. Para superar eso, los investigadores idearon un sistema que ellos denominan "Redes In Vivo" (IVN). Este sistema se basa en una serie de antenas que emiten ondas de radio de frecuencias ligeramente diferentes. Mientras viajan las ondas de radio, se superponen y combinan de diferentes formas. En ciertos puntos, donde los puntos altos de las olas se superponen, pueden proporcionar suficiente energía para alimentar un sensor implantado.

"Elegimos frecuencias que son ligeramente diferentes entre sí, y al hacerlo, sabemos que en algún momento estos van a alcanzar sus máximos al mismo tiempo. Cuando alcanzan sus máximos al mismo tiempo, son capaces de superar el umbral de energía necesario para alimentar el dispositivo, "Dice Adib.

Con el nuevo sistema, los investigadores no necesitan saber la ubicación exacta de los sensores en el cuerpo, ya que el poder se transmite sobre un área grande. Esto también significa que pueden alimentar varios dispositivos a la vez. Al mismo tiempo que los sensores reciben una ráfaga de energía, también reciben una señal que les indica que transmitan información a la antena. Esta señal también podría usarse para estimular la liberación de un fármaco, una ráfaga de electricidad, o un pulso de luz, dicen los investigadores.

Poder de larga distancia

En pruebas en cerdos, los investigadores demostraron que podían enviar energía desde hasta un metro fuera del cuerpo, a un sensor que tenía 10 centímetros de profundidad en el cuerpo. Si los sensores están ubicados muy cerca de la superficie de la piel, se pueden alimentar desde una distancia de hasta 38 metros.

"Actualmente existe una compensación entre qué tan profundo puede llegar y qué tan lejos puede llegar fuera del cuerpo, "Dice Adib.

Los investigadores ahora están trabajando para hacer que la entrega de energía sea más eficiente y transferirla a mayores distancias. Esta tecnología también tiene el potencial de mejorar las aplicaciones RFID en otras áreas como el control de inventario, analítica minorista, y entornos "inteligentes", permitiendo el seguimiento y la comunicación de objetos a mayor distancia, dicen los investigadores.