Los investigadores están tratando de aprovechar la glucosa, el combustible del propio cuerpo, para alimentar aparatos implantables como marcapasos

Al igual que cualquier otro aparato eléctrico, un marcapasos necesita una fuente de alimentación. Desde que se instaló el primer marcapasos permanente en 1958, los fabricantes de dispositivos médicos implantables (IMD) han investigado muchas maneras diferentes de suministro de electricidad a sus productos. Se ha probado con una gran va

riedad de baterías químicas, así como esquemas inductivos recarga e incluso las células de plutonio de potencia que convierten el calor de desintegración radiactiva en electricidad.

Hoy en día, son comunes los aparatos recargables a base de litio. Se utiliza en muchos implantes cardiológicos y neurológicos, proporcionan entre siete y diez años de vida. Eso es más que suficiente: la velocidad de progreso de la medicina es tal que por el tiempo que la batería se ha agotado por lo general es el momento de reemplazar todo el dispositivo con un modelo más nuevo.

Pero esto no ha disuadido investigadores de continuar buscando la perfección, en la forma de una fuente compacta, la energía perpetua que no requiere recarga externa. Ahora, varios investigadores se están acercando a uno de esas soluciones con glucosa, un tipo de azúcar que es la fuente principal de energía para todas las células del cuerpo.

La energía cinética del cuerpo humano, por ejemplo, ha sido aprovechada para relojes de energía, y también debe ser suficiente para mantener un marcapasos tic-tac.Las diferencias de temperatura entre el cuerpo y el aire ambiente significa que las parejas termoeléctricas pueden generar cantidades útiles de jugo. Un dispositivo bien puesto a punto podía captar el fondo la energía de radiofrecuencia y rectificarlos en pequeñas cantidades de energía utilizable.

A pesar de todas estas ideas se han demostrado para trabajar en las pruebas teóricas sobre los bancos de laboratorio, todos ellos sufren el mismo handicap: funcionamiento intermitente. Los pacientes inconscientes, por ejemplo, generan poca energía cinética.Sentado en una habitación en la que la temperatura es alta, se reduce la potencia disponible de termopares. Las ondas de radio son frecuentes, pero no en todas partes. Se trata de serios inconvenientes para una IMD de que puede ser responsable de mantener a alguien vivo.

El poder en la sangre

Un implante de glucosa en la potencia que resolver esos problemas. La glucosa es trasmitida de forma continua por todo el cuerpo por sus sistemas de circulación. Un dispositivo de accionado por azúca por tendría acceso a un suministro constante de combustible, y podría ser implantado en casi cualquier lugar.

Un enfoque, que ha sido empleado por Sameer Singhal, investigador de la Corporación de Investigación de CFD en Alabama, involucra las mismas enzimas que descomponen la glucosa dentro de una célula viva. Usando nanotubos de carbono, él y sus colegas inmovilizados dos enzimas diferentes en los electrodos de una pila de combustible, donde se genera la electricidad mediante la liberación de electrones de la glucosa. En la actualidad, sólo dos de los 24 electrones disponibles en una sola molécula de glucosa se pueden aprovechar, pero el perfeccionamiento de la tecnología debe aumentar ese número.

Dr. Singhal ha implantado prototipos de dispositivos en escarabajos vivos. Equipado con una pila de combustible del tamaño de un centavo, los insectos biónicos fueron capaces de generar más de 20 microvatios (20 millonésimas de watt) durante una prueba de dos semanas.

Eso es sólo alrededor de una quinta parte de la potencia que requiere un marcapasos, pero el doctor Singhal estima que una versión humana de tamaño de la celda sería capaz de proporcionar suficiente jugo.

En un artículo publicado el 12 de junio en laBiblioteca Pública de Ciencias, el Dr. Sarpeshkar y sus colegas describen la construcción de una pila de combustible la glucosa, que utiliza un catalizador de platino que no se degrada con el tiempo.

La desventaja es que el platino es un catalizador menos eficiente que las enzimas utilizadas por el Dr. Singhal, pero podría ser capaz de generar suficiente electricidad como para ejecutar la próxima generación de ultra-bajo consumo de energía IMD.

Otros enfoques podrían producir más energía. Algunas bacterias viven en el suelo se han desarrollado para depositar los electrones de oxidación de la glucosa en las moléculas de hierro, lo que permite a los investigadores a incitarles a que viven en el ánodo de una pila de combustible. Una colonia de microbios como estos, debidamente aislada del sistema inmune del huésped, podría ser obligado a los electrones de comercio de nutrientes de la sangre. Las bacterias pueden renovar sus propias enzimas, por lo que dicho sistema debería durar indefinidamente. Pero la idea de implantar una colonia de bacterias en un paciente podría ser un asunto difícil de conseguir más allá de los reguladores, se debe tener en cuenta a los médicos y la opinión pública.

Una idea mejor sería volver a entrenar algunas de las células del propio cuerpo para hacer el trabajo. Así como un procedimiento obsoleto llamado cardiomioplastia involucrados cortar un poco usada superior de la espalda del músculo y envolviéndolo alrededor del corazón para ayudar a bombear sangre, las fibras musculares pueden ser re-entrenada para hacer girar un generador electromecánico. Esta configuración sería capaz de producir suficiente electricidad para impulsar aún más poder.

La densidad de energía de las baterías de litio han recorrido un largo camino en las últimas décadas, pero la reacción química en que se basan nunca será capaz de igualar la energía disponible de la metabolización de la glucosa. La energía química en un gramo de glucosa es casi la mitad de la cantidad disponible de gasolina, un combustible famoso de alta densidad energética. Con un poco de refinamiento, el azúcar podría ser una solución muy dulce para la alimentación de la próxima generación de IMD.

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