Generar energía con el azúcar en sangre
Cuando se combina con células beta artificiales que liberan insulina, se obtiene un sistema capaz de regular de forma autónoma los niveles de azúcar en sangre.
Una pila de combustible bajo la piel que convierte el azúcar de la sangre del cuerpo en energía eléctrica suena a ciencia ficción. Sin embargo, funciona a la perfección, como ha demostrado un equipo de investigación de la ETH de Zúrich dirigido por Martin Fussenegger, catedrático de Biotecnología y Bioingeniería.
El prototipo de pila de combustible está envuelto en un forro polar y es ligeramente más grande que la uña de un pulgar.
Fussenegger Lab, ETH Zürich
En la diabetes de tipo 1, el organismo no produce insulina. Esto significa que los pacientes tienen que obtener la hormona externamente para regular sus niveles de azúcar en sangre. Hoy en día, esto se hace sobre todo mediante bombas de insulina que se conectan directamente al cuerpo. Estos dispositivos, al igual que otras aplicaciones médicas como los marcapasos, requieren un suministro fiable de energía, que en la actualidad se obtiene principalmente de pilas de un solo uso o recargables.
Ahora, un equipo de investigadores dirigido por Martin Fussenegger, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas de la ETH Zurich de Basilea, ha puesto en práctica una idea aparentemente futurista. Han desarrollado una pila de combustible implantable que utiliza el exceso de azúcar en sangre (glucosa) de los tejidos para generar energía eléctrica. Los investigadores han combinado la pila de combustible con células beta artificiales desarrolladas por su grupo hace varios años. Éstas producen insulina con sólo pulsar un botón y reducen eficazmente los niveles de glucosa en sangre de forma muy parecida a sus modelos naturales en el páncreas.
"Muchas personas, sobre todo en los países industrializados occidentales, consumen más carbohidratos de los que necesitan en su vida diaria", explica Fussenegger. Esto, añade, conduce a la obesidad, la diabetes y las enfermedades cardiovasculares. "De ahí surgió la idea de utilizar este exceso de energía metabólica para producir electricidad y alimentar dispositivos biomédicos", explica.
Pila de combustible en formato de bolsita de té
En el corazón de la pila de combustible hay un ánodo (electrodo) hecho de nanopartículas de cobre, que el equipo de Fussenegger creó específicamente para esta aplicación. Está formado por nanopartículas a base de cobre y desdobla la glucosa en ácido glucónico y un protón para generar electricidad, que pone en marcha un circuito eléctrico.
Envuelta en una tela no tejida y recubierta de alginato, un producto de algas aprobado para uso médico, la pila de combustible se asemeja a una pequeña bolsita de té que puede implantarse bajo la piel. El alginato absorbe el líquido corporal y permite que la glucosa pase del tejido a la pila de combustible.
Una red de diabetes con fuente de alimentación propia
En un segundo paso, los investigadores acoplaron la pila de combustible a una cápsula que contiene células beta artificiales. Éstas pueden estimularse para producir y secretar insulina mediante corriente eléctrica o luz LED azul. Fussenegger y sus colegas ya probaron hace tiempo este tipo de células de diseño.
El sistema combina la generación sostenida de energía y la administración controlada de insulina. En cuanto la pila de combustible registra un exceso de glucosa, empieza a generar energía. Esta energía eléctrica se utiliza entonces para estimular las células para que produzcan y liberen insulina en la sangre. Como resultado, la glucemia desciende hasta un nivel normal. Cuando desciende por debajo de un determinado umbral, se detiene la producción de electricidad e insulina.
La energía eléctrica suministrada por la pila de combustible es suficiente no sólo para estimular las células de diseño, sino también para permitir que el sistema implantado se comunique con dispositivos externos, como un teléfono inteligente. Esto permite a los posibles usuarios ajustar el sistema a través de la correspondiente app. Un médico también podría acceder a él a distancia y realizar ajustes. "El nuevo sistema regula de forma autónoma los niveles de insulina y glucosa en sangre y podría utilizarse para tratar la diabetes en el futuro", afirma Fussenegger.
Un camino largo e incierto hacia la madurez comercial
El sistema actual es sólo un prototipo. Aunque los investigadores lo han probado con éxito en ratones, no pueden convertirlo en un producto comercializable. "Llevar un dispositivo así al mercado está muy por encima de nuestros recursos financieros y humanos", afirma Fussenegger. Para ello se necesitaría un socio industrial con los recursos y conocimientos adecuados.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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