Los científicos han creado una batería de papel ingerible que puede alimentar dispositivos médicos dentro del cuerpo y que luego se descompone gradualmente una vez que ha cumplido su función. Hasta el momento, la batería solo se ha probado en cerdos, donde alimentó dispositivos durante un máximo de tres días. Si se demuestra su seguridad y eficacia en humanos, la batería podría algún día alimentar dispositivos temporales dentro del intestino, evitando así la cirugía para extraer una batería convencional del cuerpo cuando el dispositivo ya no sea necesario.
“Estoy muy entusiasmado con este trabajo”, declaró Reza Ghodssi, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad de Maryland, quien no participó en el estudio. “La batería es uno de los componentes que más espacio ocupa en un dispositivo ingerible, por lo que cualquier cosa que pueda proporcionar la energía necesaria a la vez que reduce el tamaño de la cápsula es muy prometedora”.
Entre los ejemplos de dispositivos médicos ingeribles se incluyen aquellos que detectan hemorragias, dispensan medicamentos o estimulan tejidos u órganos específicos.
¿Cómo funciona la batería?
Las baterías convencionales utilizadas en dispositivos ingeribles no solo son voluminosas, sino que también deben permanecer selladas para evitar que sus materiales internos se filtren a los tejidos circundantes y causen daños. La nueva batería, descrita el lunes 21 de septiembre en la revista Nature Chemical Engineering, está fabricada con materiales que se disuelven gradualmente en el tracto gastrointestinal ácido y, posteriormente, pueden absorberse de forma segura sin dejar fragmentos dañinos ni subproductos tóxicos.
La batería está construida en capas. Una aleación de magnesio forma el ánodo (el terminal negativo de la batería), mientras que el cátodo (terminal positivo) contiene trióxido de molibdeno y carbón activado. Entre ambos lados se encuentra un electrolito biodegradable que permite a la batería generar corriente eléctrica. Estos materiales se han utilizado en prototipos anteriores de baterías biodegradables para dispositivos médicos y electrónicos portátiles.
El nuevo diseño las adapta a una batería delgada, porosa y similar al papel, utilizando nanofibrillas de celulosa como aglutinante, mientras que las versiones anteriores usaban aglutinantes más grandes. “La estructura de papel mejora la resistencia de la batería y el control de la degradación, al tiempo que le permite producir electricidad”, explicó Giovanni Traverso, coautor del estudio y director del Laboratorio de Ingeniería Traslacional del MIT, en un correo electrónico a Live Science.
Para evitar que la batería se degradara demasiado rápido en el ácido estomacal, los investigadores la recubrieron con cera de abejas. Algunas versiones también recibieron una capa de cera de candelilla —derivada del arbusto del desierto Euphorbia antisyphilitica— para una mayor protección.
“El recubrimiento de cera no es simplemente un embalaje”, dijo Traverso. “Es un elemento de diseño clave que controla la vida útil funcional”.
El equipo fabricó dos versiones de la batería, incluyendo una lo suficientemente pequeña como para caber dentro de una cápsula de gelatina estándar. En pruebas de laboratorio, produjo aproximadamente 1,77 voltios y pudo almacenar y suministrar 2 miliamperios-hora por centímetro cuadrado, capacidad suficiente para alimentar dispositivos electrónicos de baja potencia.
Una versión más grande de la batería producía aproximadamente 1,84 voltios y tenía una capacidad máxima de 3,5 miliamperios-hora. Esto podría alimentar dispositivos que requieren un poco más de energía. Sin embargo, la capacidad de la batería aún es baja, señaló Ghodssi. “Necesitan tener una capacidad mucho mayor para que esta tecnología sea aún más prometedora”, afirmó.
Probar la batería dentro de la carcasa
Los investigadores colocaron los prototipos de batería dentro de cápsulas impresas en 3D y se los administraron a cerdos por vía oral mediante un endoscopio (un tubo largo). Ambas versiones de la batería funcionaron hasta tres días, aunque su voltaje y capacidad disminuyeron a medida que se degradaban. El voltaje de la batería más grande bajó de aproximadamente 1,8 voltios a 1,6 voltios después de un día y luego a unos 1,45 voltios al tercer día, mientras que el de la batería más pequeña descendió de 1,7 voltios a 1,35 voltios durante el mismo período.
El equipo utilizó las baterías para alimentar dos tipos de dispositivos médicos dentro de los cerdos. La batería más pequeña alimentaba una etiqueta RFID (identificación por radiofrecuencia) inalámbrica. Si bien ya se habían probado sensores RFID similares en humanos, el utilizado en este estudio era experimental. Los investigadores lo colocaron en el esófago, donde la etiqueta se comunicaba con un receptor a una distancia de hasta 1,5 metros y les permitía detectar cuándo los cerdos ingerían un medicamento.
La batería de mayor capacidad alimentaba una cápsula ingerible que estimulaba eléctricamente el estómago; esto aumentaba los niveles de grelina, la hormona que estimula el apetito, en la sangre sin causar daño tisular visible en el lugar de la estimulación. La estimulación eléctrica gástrica ya se utiliza en personas con gastroparesia grave, una afección que ralentiza el vaciamiento gástrico; la cápsula alimentada por batería que se probó en este estudio es experimental.
“Resulta bastante impresionante que la batería pueda funcionar de forma estable y fiable a medida que el dispositivo completo atraviesa el sistema gastrointestinal en un modelo animal grande”, dijo John Rogers, pionero en bioelectrónica y científico de materiales de la Universidad Northwestern, que no participó en el estudio.
La batería y sus componentes biodegradables se degradaron, pero la placa de circuito electrónico utilizada para el experimento de estimulación estomacal no; los cerdos la expulsaron de forma natural. “Hacer que cada parte del dispositivo sea biorreabsorbible podría eliminar el riesgo de que algún componente residual se aloje en el tracto gastrointestinal”, afirmó Rogers.
Según Traverso, el mayor reto que les queda a los investigadores es controlar la vida útil de la batería y hacer que su fallo sea más predecible. Los investigadores también observaron cierta variabilidad entre las baterías, que atribuyeron a factores de su construcción, como la cantidad de contacto entre las capas, la distribución del electrolito y las diferencias en el grosor del recubrimiento de cera. El equipo trabaja ahora para estandarizar la fabricación y ajustar el recubrimiento, de modo que las baterías puedan diseñarse para funcionar durante periodos de tiempo específicos, desde horas hasta días.
El equipo también planea realizar pruebas más prolongadas en condiciones que imiten con mayor precisión el tracto gastrointestinal humano. Según Traverso, están trabajando para un ensayo clínico inicial del sistema RFID que podría comenzar en aproximadamente dos años.
Fuente: Live Science.
