La implantación de un desviador de flujo similar a un stent puede ofrecer una opción para el tratamiento menos invasivo de los aneurismas cerebrales (protuberancias en los vasos sanguíneos), pero el procedimiento requiere un control frecuente mientras los vasos cicatrizan. Ahora, un equipo de investigación de varias universidades ha demostrado la prueba de concepto de un sensor altamente flexible y extensible que podría integrarse con el desviador de flujo para monitorear la hemodinámica en un vaso sanguíneo sin costosos procedimientos de diagnóstico.

El sensor que utiliza cambios de capacitancia para medir el flujo sanguíneo, podría reducir la necesidad de realizar pruebas para monitorear el flujo a través del desviador. Investigadores dirigido por Georgia Tech, han demostrado que el sensor mide con precisión el flujo de fluidos en los vasos sanguíneos de los animales in vitro, y están trabajando en el próximo desafío:operación inalámbrica que podría permitir pruebas in vivo.

La investigación fue publicada el 18 de julio en la revista ACS Nano y fue apoyado por múltiples subvenciones del Instituto de Electrónica y Nanotecnología de Georgia Tech, la Universidad de Pittsburgh y el Instituto de Ciencia de Materiales de Corea.

"El sistema de sensores nanoestructurados podría ofrecer ventajas a los pacientes, incluyendo un tratamiento de aneurisma menos invasivo y una capacidad de monitorización activa, "dijo Woon-Hong Yeo, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff de Georgia Tech y en el Departamento de Ingeniería Biomédica de Wallace H. Coulter. "El sistema integrado podría proporcionar un seguimiento activo de la hemodinámica después de la cirugía, permitiendo que el médico realice un seguimiento con una medición cuantitativa de qué tan bien está funcionando el desviador de flujo en el tratamiento ".

Los aneurismas cerebrales ocurren en hasta el cinco por ciento de la población, con cada aneurisma que conlleva un riesgo del uno por ciento por año de ruptura, señaló Youngjae Chun, profesor asociado de la Swanson School of Engineering de la Universidad de Pittsburgh. La rotura del aneurisma causará la muerte hasta en la mitad de los pacientes afectados.

La terapia endovascular que usa espirales de platino para llenar el saco del aneurisma se ha convertido en el estándar de atención para la mayoría de los aneurismas. pero recientemente se ha desarrollado un nuevo enfoque endovascular, un desviador de flujo, para tratar los aneurismas cerebrales. La desviación del flujo implica colocar un stent poroso en el cuello de un aneurisma para redirigir el flujo fuera del saco. generando coágulos de sangre locales dentro del saco.

"Hemos desarrollado un Desviador de flujo hiperelástico que utiliza una película fina de nitinol altamente porosa, "Explicó Chun." Ninguno de los desviadores de flujo existentes, sin embargo, proporcionar cuantitativo, Monitoreo en tiempo real de la hemodinámica dentro del saco del aneurisma cerebral. A través de la colaboración con el grupo del Dr. Yeo en Georgia Tech, hemos desarrollado un sistema inteligente de desvío de flujo que puede monitorear activamente las alteraciones del flujo durante y después de la cirugía ".

La reparación de la arteria dañada lleva meses o incluso años, durante el cual el desviador de flujo debe ser monitoreado mediante resonancia magnética y tecnología de angiografía, que es costoso e implica la inyección de un tinte magnético en el torrente sanguíneo. Yeo y sus colegas esperan que su sensor pueda proporcionar un monitoreo más simple en el consultorio de un médico utilizando una bobina inductiva inalámbrica para enviar energía electromagnética a través del sensor. Al medir cómo cambia la frecuencia de resonancia de la energía a medida que pasa a través del sensor, el sistema podría medir los cambios del flujo sanguíneo en el saco.

"Estamos tratando de desarrollar un Dispositivo inalámbrico que es extremadamente elástico y flexible que se puede miniaturizar lo suficiente como para pasar a través de los diminutos y complejos vasos sanguíneos del cerebro y luego desplegar sin daños. ", dijo Yeo." Es un gran desafío insertar un sistema electrónico de este tipo en los vasos sanguíneos estrechos y contorneados del cerebro ".

El sensor utiliza una micro-membrana hecha de dos capas de metal que rodean un material dieléctrico, y envuelve el desviador de flujo. El dispositivo tiene solo unos cientos de nanómetros de espesor, y se produce utilizando técnicas de impresión por transferencia de materiales y nanofabricación, encapsulado en un material elastomérico suave.

"La membrana es desviada por el flujo a través del desviador, y dependiendo de la fuerza del flujo, la diferencia de velocidad, la cantidad de deflexión cambia, "Yeo explicó." Medimos la cantidad de deflexión en función del cambio de capacitancia, porque la capacitancia es inversamente proporcional a la distancia entre dos capas de metal ".

Debido a que los vasos sanguíneos del cerebro son tan pequeños, los desviadores de flujo no pueden tener más de cinco a diez milímetros de largo y unos pocos milímetros de diámetro. Eso descarta el uso de sensores convencionales con circuitos electrónicos rígidos y voluminosos.

"Poner materiales y circuitos funcionales en algo de ese tamaño es prácticamente imposible en este momento, "Dijo Yeo." Lo que estamos haciendo es muy desafiante basado en materiales convencionales y estrategias de diseño ".

Los investigadores probaron tres materiales para sus sensores:oro, magnesio y la aleación de níquel-titanio conocida como nitinol. Todo se puede utilizar de forma segura en el cuerpo, pero el magnesio ofrece el potencial de disolverse en el torrente sanguíneo después de que ya no sea necesario.

El sensor de prueba de principio se conectó a un cable guía en la prueba in vitro, pero Yeo y sus colegas ahora están trabajando en una versión inalámbrica que podría implantarse en un modelo animal vivo. Si bien los sensores implantables se utilizan clínicamente para controlar los vasos sanguíneos abdominales, la aplicación en el cerebro crea desafíos importantes.

"El sensor debe estar completamente comprimido para su colocación, por lo que debe ser capaz de estirarse en un 300 o 400 por ciento, ", dijo Yeo." La estructura del sensor tiene que ser capaz de soportar ese tipo de manipulación al mismo tiempo que se adapta y se dobla para encajar dentro del vaso sanguíneo ".