Los azúcares del cuerpo humano podrían dar energía a futuros órganos artificiales

La llegada del corazón artificial ha estimulado a los científicos a buscar también riñones y páncreas sintéticos. Sin embargo, un obstáculo clave para el desarrollo de estos dispositivos es darles energía después de implantarlos. En vez de recargarlos constantemente conectándolo a algún sistema externo -o peor aun, sacándolo periódicamente y reemplazándo sus baterías-, los investigadores preferirían que las máquinas pudiesen conseguir la energía de sus anfitriones.

Ahora hay esperanza de que los futuros implantes puedan conseguir la energía necesaria no desde las baterias sino desde combustibles presentes en nuestro cuerpo que nosotros utilizamos para conseguir la fuerza. Los científicos han probado que las células de combustible implantadas en las ratas pueden generar electricidad desde el azúcar de los cuerpos de roedores. Los dispositivos funcionaron durante meses.

Las células de combustible basadas en azúcares más potentes conseguidas hasta la fecha, llamadas células de glucosa biocombustible, se basan en encimas que consiguen electricidad a partir de reacciones químicas -por ejemplo, la combinación de glucosa y ox´geno, ambas disponibles en el cuerpo humano (y en el de las ratas). Compuestos llamados “mediadores redox” actuan luego como cables, transportan la carga eléctrica desde estas encimas a electrodos que van desde la célula de combustible al dispositivo que están alimentando. Los científicos están actualmente intentando realizar dispositivos de este tipo de forma que no contamine en exceso.

Glucosa

Modelo en 3d de la glucosa. Wikipedia.

Por desgracia, las encimas que se utilizaban hasta ahora en las células de biofuel no eran válidas para ser implantadas porque o bien necesitaban condiciones muy ácidas para funcionar o eran anuladas por distintos iones presentes en el cuerpo humano. Los nuevos sistemas carecen de estos problemas y son las primeras células de biofuel implantables cuyos prototipos en ratas dieron energía durante al menos tres meses.

“Es posible imaginares el desarrollo de robots implantables capaces de realizar las tareas que dejen de funcionar en un ser humano”, dijo el investigador Philippe Cinquin, un ingeniero biomédico de la Universidad Joseph Fourier de Grenoble, Francia.

Las células antiguas tenían las encimas y los mediadores redox muy cerca de los electrodos debido a un enlace químico con ellos. Sin embargo, no todas las encimas y los mediadores redox permiten este tipo de enlaces. En vez de eso, Cinquin, con el electroquímico Serge Cosnier y sus compañeros, evitan estos enlaces -simplemente empaquetan físicamente las encimas y los mediadores redox junto con los electrodos y los envuelven con membranas similares a las utilizadas en bolsas de diálisis. Estas membranas semipermeables permiten que el combustible fluya a la vez que evitan que las encimas y los mediadores redox salgan del conjunto. Esto da a los científicos la oportunidad de investigar encimas más compatibles con el cuerpo, un problema que había sido pasado por alto anteriormente.

Su prototipo más eficiente se basa en composites de discos de grafito cargados con encimas glucosa oxidasa  y polifenol oxidasa. Sus dos electrodos, que juntos ocupan sólo 0.2666 mm de la célula de 5 mm, generaron una energía de 6.5 uW. Los científicos detallaron sus hallazgos online el 4 de mayo en la revista PLoS ONE.

Un sólo milímetro de estos electrodos podría, en principio, generar picos de 24.4 uW, bastante más que los 10 uW que necesitan los marcapasos. El tamaño de estos dispositivos también es similar -los marcapasos suelen medir entre 10 mm y 25 mm, dijo Cinquin.

Dado el éxito que han tenido hasta ahora en ratas y el hecho de qu elos prototipos están envueltos en plásticos que ya están aprobados clínicamente para ser implantados, Cinquin no ve razón por la que no puedan funcionar en las personas y espera que puedan utilizarse en 5 o 10 años. Una empresa de su universidad, Floralis, buscará socios industriales de este trabajo y quizá formen una startup.

La primera aplicación de estas células podría ser la alimentación de esfínteres urinarios artificiales, que podrían requerir hasta 200 uW, explica Cinquin. Actualmente hay 10.000 nuevos casos al año de incontinencia después de la eliminación de la próstata y su único recurso hasta ahora es una bomba insertada en los escrotos de los pacientes que tienen que pulsar para orinar.

Un objetivo más ambicioso sería un riñón artifical, que necesitaría 20 mW para realizar las mismas funciones que un riñón hace en una persona. Un corazón artificial está aun más lejos, ya que necesita varios watios.

“El dispositivo llega a un nuevo nivel de células de biocombustible implantables”, dijo el físico-químico e ingeniero químico Plamen Atanassov de la Universidad de Nuevo México, que no tomo parte en el estudio.

Sin embargo, “la pregunta sobre la cantidad de energía que podrá desarrollar el aparato permanece abierta y es un aspecto clave para saber si revolucionará el campo o no -creo que está practicamente en el límite” añadió Atanassov. El problema yace en el fluido extracelular que estos aparatos del que estos aparatos conseguirían el combustible dentro del cuerpo -los niveles de oxígeno son unas 1000 veces menores que los de la glucosa disponible. “No creo que haya una cantidad suficiente de oxígeno ahí”, dijo.

Cinquin sí que cree que puedan mejorar el rendimiento de los dispositivos jugando con las encimas y los mediadores redox. En un trabajo que aun no está publicado, “ya hemos multiplicado el rendimiento por lo menos 50 veces”, dijo. “Alimentar corazones artificiales por células de biofuel de glucosa sigue siendo un objetivo a largo plazo”.

Este artículo ha sido traducido de Scientific American y publicado bajo licencia CC by-sa

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s

A %d blogueros les gusta esto: