Los investigadores desarrollan el primer catéter dirigible para la cirugía cerebral

Un equipo de ingenieros y médicos ha desarrollado un catéter dirigible que, por primera vez, dará a los neurocirujanos la posibilidad de dirigir el dispositivo en la dirección que deseen mientras navega por las arterias y los vasos sanguíneos del cerebro. El dispositivo se inspira en las patas de los insectos y los flagelos, estructuras similares a colas que permiten nadar a organismos microscópicos como las bacterias, según publican en la revista Science Robotics .

El catéter dirigible, desarrollado por un equipo de la Universidad de California, se probó con éxito en cerdos en el Centro para el Futuro de la Cirugía del centro universitario.

Más de 160 millones de personas en todo el mundo, la mitad de ellas menores de 50 años, tienen un aneurisma intracraneal no roto, es decir, una lesión de paredes finas y forma de ampolla en una arteria cerebral que es propensa a romperse. De quienes sufren la rotura de un aneurisma, más de la mitad muere y la mitad de los supervivientes sufren discapacidades a largo plazo. Los estudios demuestran que una cuarta parte de los casos no pueden operarse por la dificultad de acceso a los aneurismas.

«Como neurocirujano, uno de los retos que tenemos es dirigir los catéteres a los delicados y profundos recovecos del cerebro –explica el doctor Alexander Khalessi, jefe del Departamento de Cirugía Neurológica de UC San Diego Health–. Los resultados de hoy demuestran la prueba de concepto de un catéter blando y fácilmente dirigible que mejoraría significativamente nuestra capacidad para tratar los aneurismas cerebrales y muchas otras afecciones neurológicas, y espero que esta innovación avance hacia la atención de los pacientes».

El estado actual de la cirugía de aneurismas implica que los neurocirujanos introduzcan cables guía en una arteria cercana a la ingle para llevar catéteres a través de la aorta y hasta el cerebro. Los cirujanos utilizan guías de punta curva para navegar por las arterias y las uniones del cerebro. Pero estas guías deben retirarse antes de que la punta del catéter pueda utilizarse para el tratamiento.

«Una vez que se retira la guía, el catéter vuelve a su forma original, a menudo recta, lo que hace que se pierda el acceso a la patología», explica la doctora Jessica Wen, que ha servido de puente entre clínicos e ingenieros, y ha coordinado el trabajo con el Centro para el Futuro de la Cirugía de la UC San Diego. En consecuencia, es muy difícil colocarlo y mantenerlo en la posición correcta para liberar las bobinas de platino que bloquean el flujo sanguíneo al aneurisma y evitan una hemorragia cerebral.

Los catéteres dirigibles no están disponibles para la neurocirugía debido a lo pequeños que son los vasos sanguíneos del cerebro. En concreto, los dispositivos tienen que tener menos de un milímetro de diámetro -lo que equivale aproximadamente al diámetro de unos pocos cabellos humanos- y unos 160 cm de largo.

Los métodos de fabricación industrial tienen dificultades a esta escala. Esto se debe en parte a que la gravedad, la electrostática y la fuerza de Van der Waals son similares a este tamaño. Así que una vez que se coge algo con las pinzas, no se puede dejar caer. Si lo sacas de las pinzas, puede saltar al aire por las fuerzas opuestas y desaparecer, para no volver a ser encontrado.

«Desgraciadamente, muchos de los vasos sanguíneos más importantes que necesitamos tratar se encuentran entre los más tortuosos y frágiles del cuerpo –subraya James Friend, profesor de la Facultad de Ingeniería y la Facultad de Medicina Jacobs de la UC San Diego y autor correspondiente del artículo–. Aunque la robótica está a la altura de la necesidad de abordar muchos problemas médicos, los dispositivos deformables a las escalas necesarias para este tipo de cirugías simplemente no existen».

Para resolver este problema, los investigadores recurrieron a la inspiración tanto de la naturaleza como de la robótica blanda. «Nos inspiramos en los flagelos y las patas de los insectos, así como en el apareamiento de los escarabajos, en los que intervienen la hidráulica a microescala y la deformación de gran aspecto –explica Gopesh Tilvawala, recientemente doctorado en el grupo de investigación de Friend y primer autor del artículo–. Esto nos llevó a desarrollar [un] microcatéter robótico blando accionado hidráulicamente».

El equipo tuvo que inventar una forma totalmente nueva de moldear la silicona en tres dimensiones que funcionara a esas escalas, depositando capas concéntricas de silicona una sobre otra con diferentes rigideces. El resultado es un catéter de caucho de silicona con cuatro agujeros en sus paredes, cada uno de los cuales tiene la mitad del diámetro de un cabello humano.

También realizaron simulaciones por ordenador para determinar la configuración del catéter, cuántos agujeros debe incluir, dónde deben colocarse y la cantidad de presión hidráulica necesaria para accionarlo. Para guiar el catéter, el cirujano comprime un controlador manual para pasar líquido salino por la punta y así dirigirlo. El suero salino se utiliza para proteger al paciente: si el dispositivo falla, el suero salino entra inofensivamente en el torrente sanguíneo. La punta orientable del catéter es visible en las radiografías.

«Esta tecnología es ideal para situaciones en las que tengo que hacer un giro de 180 grados desde la posición del catéter en la arteria principal, y es fundamental mantener la posición y reducir el retroceso –señala el doctor David Santiago-Dieppa, neurocirujano de UC San Diego Health–. Este avance puede permitirnos, en última instancia, tratar aneurismas, otras patologías cerebrales e incluso accidentes cerebrovasculares que no hemos podido tratar en el pasado».

El trabajo está preparado para marcar una diferencia significativa en la forma en que se lleva a cabo la cirugía de aneurisma, dijeron los médicos.

«Este tipo de precisión puede lograrse con herramientas dirigibles, y el despliegue exitoso de estas herramientas debería hacernos avanzar para permitir un mejor acceso, un menor tiempo de procedimiento, una mejor utilización de la capacidad, una menor exposición a la radiación y otros beneficios relacionados y esperados», apunta el doctor Alexander Norbash, presidente del Departamento de Radiología de UC San Diego Health.

Los próximos pasos incluyen un número estadísticamente significativo de ensayos en animales y el primer ensayo en humanos, avanzan los investigadores.