Desarrollan un dispositivo implantable para el dolor, sin fármacos

El dispositivo, biocompatible y soluble en agua, se envuelve suavemente alrededor de los nervios para proporcionar un enfriamiento preciso y específico que adormece los nervios y bloquea las señales de dolor que llegan al cerebro. Una bomba externa permite al usuario activar el dispositivo a distancia y aumentar o disminuir su intensidad. Cuando el dispositivo ya no es necesario, se absorbe de forma natural en el cuerpo, evitando la necesidad de una extracción quirúrgica.

Los investigadores creen que el dispositivo puede ser muy valioso para los pacientes que se someten a cirugías rutinarias o incluso a amputaciones que suelen requerir medicamentos postoperatorios. Los cirujanos podrían implantar el dispositivo durante la intervención para ayudar a controlar el dolor postoperatorio del paciente.

Sin fármacos

«Aunque los opiáceos son muy eficaces, también son muy adictivos –recuerda John A. Rogers, de Northwestern, que dirigió el desarrollo del dispositivo–. Como ingenieros, nos motiva la idea de tratar el dolor sin fármacos, de forma que pueda activarse y desactivarse al instante, con el control del usuario sobre la intensidad del alivio».

«La tecnología que aquí se presenta aprovecha mecanismos que tienen algunas similitudes con los que hacen que los dedos se sientan entumecidos cuando están fríos –prosigue–. Nuestro implante permite producir ese efecto de forma programable, directa y localmente en los nervios seleccionados, incluso en los más profundos de los tejidos blandos circundantes».

Pionero de la bioelectrónica, Rogers es catedrático Louis Simpson y Kimberly Querrey de Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Ingeniería Biomédica y Cirugía Neurológica en la Escuela de Ingeniería McCormick y la Escuela de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern. También es el director fundador del Instituto Querrey Simpson de Bioelectrónica. Jonathan Reeder, antiguo candidato al doctorado en el laboratorio de Rogers, es el primer autor del artículo.

Evaporación

Aunque el nuevo dispositivo implantable para el dolor pueda parecer ciencia ficción, aprovecha un concepto sencillo y común que todo el mundo conoce: la evaporación. De forma similar a cómo la evaporación del sudor enfría el cuerpo, el dispositivo contiene un líquido refrigerante que se induce a evaporar en el lugar específico de un nervio sensorial.

«Al enfriar un nervio, las señales que viajan por él se vuelven cada vez más lentas y acaban por detenerse por completo», explica el coautor del estudio, el doctor Matthew MacEwan, de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en San Luis.

«Nos dirigimos específicamente a los nervios periféricos, que conectan el cerebro y la médula espinal con el resto del cuerpo –prosigue–. Son los nervios que comunican los estímulos sensoriales, incluido el dolor. Al aplicar un efecto de enfriamiento a sólo uno o dos nervios seleccionados, podemos modular eficazmente las señales de dolor en una región específica del cuerpo».

Para inducir el efecto de enfriamiento, el dispositivo contiene diminutos canales de microfluidos. Un canal contiene el refrigerante líquido (perfluoropentano), que ya está aprobado clínicamente como agente de contraste de ultrasonidos y para inhaladores presurizados. Un segundo canal contiene nitrógeno seco, un gas inerte.

Cuando el líquido y el gas fluyen hacia una cámara compartida, se produce una reacción que hace que el líquido se evapore rápidamente. Simultáneamente, un diminuto sensor integrado controla la temperatura del nervio para garantizar que no se enfríe demasiado, lo que podría causar daños en el tejido.

Controlar el enfriamiento

«Un enfriamiento excesivo puede dañar el nervio y los frágiles tejidos que lo rodean –explica Rogers–. Por eso hay que controlar con precisión la duración y la temperatura del enfriamiento. Controlando la temperatura en el nervio, los caudales pueden ajustarse automáticamente para establecer un punto que bloquee el dolor de forma reversible y segura. Los trabajos en curso tratan de definir el conjunto completo de umbrales de tiempo y temperatura por debajo de los cuales el proceso sigue siendo totalmente reversible».

Aunque se han probado experimentalmente otras terapias de enfriamiento y bloqueadores nerviosos, todas tienen limitaciones que el nuevo dispositivo supera. Anteriormente, los investigadores han explorado las crioterapias, por ejemplo, que se inyectan con una aguja. En lugar de dirigirse a nervios concretos, estos enfoques imprecisos enfrían grandes zonas de tejido, lo que puede provocar efectos no deseados como daños en los tejidos e inflamación.

En su punto más ancho, el diminuto dispositivo de Northwestern sólo mide 5 milímetros. Uno de sus extremos se enrolla en un manguito que envuelve suavemente un solo nervio, evitando la necesidad de suturas. Al dirigirse con precisión sólo al nervio afectado, el dispositivo evita que las regiones circundantes se enfríen innecesariamente, lo que podría provocar efectos secundarios.

«No queremos enfriar inadvertidamente otros nervios o tejidos que no estén relacionados con el nervio que transmite el estímulo doloroso –explica MacEwan–. Queremos bloquear las señales de dolor, no los nervios que controlan la función motora y permiten utilizar la mano, por ejemplo».

Otras investigaciones

Los investigadores anteriores también han explorado los bloqueadores nerviosos que utilizan la estimulación eléctrica para silenciar los estímulos dolorosos, que también tienen limitaciones.

«No se puede apagar un nervio con la estimulación eléctrica sin activarlo primero –señala MacEwan–. Eso puede causar dolor adicional o contracciones musculares y no es lo ideal, desde la perspectiva del paciente».

Esta nueva tecnología es el tercer ejemplo de dispositivos electrónicos biorreabsorbibles del laboratorio de Rogers, que introdujo el concepto de electrónica transitoria en 2012, publicado en ‘Science’.

En 2018, Rogers, MacEwan y sus colegas demostraron el primer dispositivo electrónico biorreabsorbible del mundo: un implante biodegradable que acelera la regeneración de los nervios, publicado en ‘Nature Medicine’. Luego, en 2021, Rogers y sus colegas presentaron un marcapasos transitorio, publicado en ‘Nature Biotechnology’.

Todos los componentes de los dispositivos son biocompatibles y se absorben de forma natural en los biofluidos del cuerpo en el transcurso de días o semanas, sin necesidad de extracción quirúrgica. Los dispositivos biorreabsorbibles son completamente inofensivos, similares a los puntos de sutura absorbibles.

Con el grosor de una hoja de papel, el dispositivo blando y elástico de enfriamiento de nervios es ideal para tratar nervios muy sensibles.

«Si se piensa en los tejidos blandos, los nervios frágiles y un cuerpo que está en constante movimiento, cualquier dispositivo de interconexión debe tener la capacidad de flexionarse, doblarse, retorcerse y estirarse con facilidad y naturalidad –apunta Rogers–. Además, se desea que el dispositivo desaparezca simplemente cuando ya no se necesite, para evitar procedimientos delicados y arriesgados de extracción quirúrgica».