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Si bien es efectivo, existen riesgos asociados con esta cirugía (el procedimiento requiere un agujero en el cráneo, después de todo), y la tasa de falla de estas derivaciones, a pesar de sus propiedades vitales, es bastante alta. Ya sea congénita (presente al nacer, incluida la espina bífida) o adquirida (como resultado de un trauma en la cabeza, por ejemplo), la hidrocefalia afecta a más de un millón desde estadounidenses, bebés y niños mayores hasta ancianos.
Ahora los investigadores del MIT han publicado un artículo en el Royal Society Interface Journal que propone y valida un nuevo principio de diseño para catéteres de hidrocefalia que busca superar un desafío central en el diseño de estos dispositivos: que se obstruyan regularmente. Un catéter bloqueado tiene implicaciones potencialmente mortales, especialmente para los niños, y generalmente conduce a una cirugía de emergencia, reapertura de cicatrices selladas y la posible necesidad de resección del catéter implantado del cerebro de antemano. colocación de un nuevo catéter, seguido de una curación adicional según sea necesario. hora. Este proceso conlleva el riesgo de daño e infección del tejido cerebral. Para los pacientes pediátricos, los catéteres tienen un 60% de posibilidades de falla, a menudo debido a los catéteres que obstruyen los tejidos, lo que finalmente detiene el flujo de LCR fuera del cerebro.
La nueva investigación se centra en el posible rediseño de derivaciones, según uno de los autores del artículo, Thomas Heldt, profesor asociado de ingeniería eléctrica y biomédica en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática y en Instituto de Ingeniería y Ciencias Médicas. (IMES) Señala que una parte importante del proceso de investigación consistió en realizar experimentos in vitro exponiendo cultivos celulares al estrés por cizallamiento de fluidos, además de imágenes de flujo microfluídico, y realizando cálculos y análisis. Mediciones de dinámica de fluidos.
"El punto que estamos tratando de hacer entender es la mejor manera de diseñar la geometría del catéter para optimizar el funcionamiento de este dispositivo médico", dice Heldt. "Estos son parámetros de diseño que pueden cambiar de tal manera que se imponga una fuerza mínima sobre las paredes del catéter para garantizar el riesgo mínimo de adhesión celular en primer lugar".
Lydia Bourouiba, autora principal del artículo y profesora asociada en los departamentos de Ingeniería Civil y Ambiental, Ingeniería Mecánica e IMES, quien encabeza el Laboratorio de Dinámica de Fluidos de Transmisión de Enfermedades, declara sobre de la investigación: "La novedad es que hemos aprovechado el acoplamiento entre los principios mecánicos (es decir, la dinámica de fluidos aquí) y la respuesta biológica y celular para permitir nuevas vías en los principios. diseño de estos dispositivos médicos vitales.
Junto con Bourouiba y Heldt, los autores del artículo son Songkwon Lee, estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Mecánica; Nicholas Kwok, estudiante de medicina en el programa Harvard-MIT en ciencias y tecnología de la salud; y James Holsapple, jefe de neurocirugía en el Boston Medical Center.
Según Heldt, la nueva investigación podría conducir a derivaciones rediseñadas que "mantendrían el esfuerzo de corte mínimo de la pared lo suficientemente alto, por encima de un valor umbral que hemos identificado como suficiente para minimizar la adhesión. y proliferación celular. Si evitamos que estas células se adhieran en primer lugar, estamos invirtiendo el paso clave responsable de la obstrucción a largo plazo y la falla de los catéteres cerebrales.
Dwight Meglan, un ingeniero que es el CTO de HeartLander Surgical, una compañía de dispositivos médicos, tiene una hija, Emma, que ha necesitado catéteres de hidrocefalia desde su nacimiento. Él dice que debido a su propia experiencia como ingeniero, se preguntó cómo los catéteres podrían ser más resistentes a fallas y ocasionalmente habló con Heldt En el desafío. Dice que lo que encuentra interesante en la nueva investigación, si conduce a la construcción de un nuevo catéter, es que "esto es más fundamental que otras investigaciones que he realizado". 39; han visto, porque en realidad están viendo esto desde el punto de vista de que tal vez el problema se deba a una falla de diseño subyacente. "
Bourouiba dice que antes, la investigación para prevenir fallas de derivación a menudo se ha centrado en la "ingeniería de superficie, con poca traducción en la práctica debido a la ubicación sensible. donde se usan estos catéteres: el cerebro. La principal preocupación es la durabilidad y estabilidad de las soluciones químicas a largo plazo que se utilizan en el cerebro de un paciente, especialmente cuando está involucrado el desarrollo del cerebro. "
Por el contrario, continúa: "Nuestro trabajo aprovechó una nueva combinación de visualización y cuantificación de flujo máximo, modelado de dinámica de fluidos, junto con experimentos in vitro, para llegar a nuevos Principios de diseño para estos catéteres, basados en el concepto de maximizar el esfuerzo cortante mínimo del fluido para evitar que las células se adhieran y proliferen débilmente en el catéter en primer lugar. "
Kwok, estudiante de medicina de cuarto año, dijo que estaba buscando un proyecto de investigación para su tesis cuando Heldt sugirió la idea de la investigación del catéter de hidrocefalia, combinando "hidrocefalia". Ingeniería y medicina para desarrollar nuevas tecnologías diagnósticas y terapéuticas … y me enganché. Él dice que espera continuar la investigación de ciencias básicas durante una residencia de medicina interna para la cual se postulará en el otoño, con el objetivo de "hacer investigación de ingeniería orientada a la clínica en como médico en ejercicio, combinando atención al paciente e innovación terapéutica.
Para Edward Smith, presidente de la cátedra R. Michael Scott en Neurocirugía en el Boston Children's Hospital, el potencial de avances que salven vidas que podrían reducir la frecuencia de la disfunción de la derivación es alentador. "Los datos presentados en este manuscrito son nuevos y ofrecen una forma diferente de ver un problema grave que los médicos enfrentan regularmente", agrega.
Ahora que los investigadores han demostrado la validación experimental de los principios de diseño, los prototipos deben ser producidos y utilizados en ensayos clínicos. Pero si la investigación avanza y resulta en un mejor funcionamiento de las derivaciones en algún lugar de la línea, Bourouiba dice que el proceso ya ha demostrado ser gratificante. “Fue muy emocionante obtener una comprensión fundamental del acoplamiento entre el flujo y el comportamiento particular de las células cerebrales, y aprovechar esta comprensión para desarrollar algoritmos validados y basados en la dinámica de fluidos, guiando un nuevo principio de diseño para catéteres de hidrocefalia, enraizado en el acoplamiento inherente entre la física y la biología involucradas ”, dice ella.
