Actualidad
Desarrollan un riñón artificial portátil para los enfermos con insuficiencia renal
Logra en ratones la regeneración continua del dializado peritoneal mediante nanotecnología
Los mayores con varias enfermedades crónicas tienen riesgo de deterioro de la función renal
La enfermedad renal en etapa terminal (ESRD) significa una condición caracterizada por insuficiencia renal permanente, que conlleva un mayor riesgo de morbilidad y mortalidad. La población mundial de personas afectadas por ESRD está aumentado a una escalada notable: Una tasa de crecimiento anual del 5-7%, como documenta el Instituto Nacional de Diabetes, Digestivo y Enfermedades Reanales de EE.UU.
Incluso con intervenciones de diálisis apropiadas, estos pacientes enfrentan tasas de mortalidad cardiovascular aproximadamente 30 veces más altas que la población general. Las personas que luchan con ESRD se presentan con las opciones de trasplante de riñón, hemodiálisis (HD) o diálisis peritoneal (DP) como modalidades terapéuticas, tal y como se refiere en un estudio reciente.
El trasplante de riñón se erige como la opción óptima debido a sus tasas de supervivencia superiores, mejor calidad de vida y relación coste-efectividad, aunque los desafíos relacionados con la disponibilidad de donantes siguen sin resolverse.
En España, El Registro de O.N.T./S.E.N. muestra que, en los últimos diez años, el número de nuevos pacientes que necesitaron un trasplante de este tipo subió un 11,6%, de 121,1 personas por millón de población en 2010 a 141,4 pmp en 2020, según la Sociedad Española de Nefrología.
Pero aquellos que no tienen candidatos a donantes altruistas disponibles a menudo recurren a HD o DP. La selección del método de diálisis depende de la condición médica y las características del paciente.
Hemodiálisis
Es una terapia de reemplazo renal prevaleciente y efectiva, implica la utilización de máquinas de diálisis avanzadas para extraer meticulosamente los productos de desecho y el exceso de líquidos de la sangre a través de una membrana de diálisis especializada. Este método, administrado por personal médico especializado, ofrece relativa facilidad de aplicación. Sin embargo, generalmente se someten a sesiones de diálisis tres veces por semana en una clínica, lo que requiere la eliminación de desechos acumulados y líquidos generados durante un lapso de 2 o 3 días en un período de tan solo 4 horas. Estas fluctuaciones recurrentes en el estado del volumen, el equilibrio electrolítico y el equilibrio ácido-base generan efectos adversos sobre la salud cardiovascular, contribuyendo a tasas elevadas de mortalidad.
Diálisis peritoneal
Se utiliza el peritoneo del paciente, el revestimiento de la cavidad peritoneal, como medio para la filtración de la sangre. Sustancias como la urea, la creatinina, el potasio, el fosfato y otras toxinas urémicas en la sangre se intercambian con una solución llamada dializado en el transcurso de 4 a 6 h. La DP emula fundamentalmente la función renal natural de "filtración continua", otorgando a los pacientes más libertad dietética y ayudando a preservar la función renal residual. En términos de resultados, la DP ha demostrado tasas de supervivencia excepcionales, especialmente durante los 2 años iniciales después de comenzar la diálisis, superando a la HD, incluso extendiendo sus beneficios a la fase posterior al trasplante, como refieren algunos ensayos.
Sin embargo, a pesar de sus ventajas, la DP sigue siendo una modalidad de diálisis menos preferida a nivel mundial en comparación con la HD. Esta diferencia de preferencia se atribuye a las deficiencias de la DP para eliminar eficazmente las toxinas urémicas, su sistema de autointercambio engorroso y frecuente, que emplea bolsas de dializado difíciles de manejar, y la aparición de complicaciones infecciosas y metabólicas como la diabetes, la obesidad y el síndrome metabólico.
Nuevo sistema
Sin embargo, llegan buenas noticias para estos pacientes. La Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Seúl (Corea del Sur) ha anunciado que un equipo de investigación dirigido por el profesor Sung Jae Kim del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, en colaboración con el Hospital Universitario Nacional de Seúl, la Facultad de Medicina de la Universidad Nacional de Seúl y el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Hallym, ha desarrollado un dispositivo de diálisis peritoneal compacto que puede utilizarse como riñón artificial portátil. Esta investigación se ha publicado en la revista 'Journal of Nanobiotechnology' en el campo de la biotecnología.
Desde principios de la década del 2000, investigadores en EE. UU., Europa y Japón han liderado el desarrollo de dispositivos prácticos que las personas pueden llevar consigo para dializarse. Sin embargo, la falta de tecnología para fabricar dializadores miniaturizados ha dificultado su comercialización.
Hemos comentado que la DP ofrece una alternativa a la hemodiálisis. En este método, el líquido de diálisis se introduce en la cavidad peritoneal, donde elimina los desechos mediante intercambio molecular. Permite a los pacientes realizar la diálisis en casa o en otros lugares, manteniendo así una vida más normal.
El equipo de investigación conjunto ha demostrado que se podía crear un dispositivo portátil de diálisis peritoneal mediante la purificación continua del líquido de diálisis usado externamente y su reinfusión en la cavidad peritoneal. Y ha propuesto un novedoso mecanismo de purificación mediante polarización por concentración iónica (ICP), que utiliza la fuerza de Coulomb para separar rápidamente iones y partículas, eliminando eficazmente los desechos del organismo.
La PIC es un fenómeno nanoelectrocinético en el que se produce un gradiente de concentración pronunciado cerca de una membrana nanoporosa debido a su permeabilidad iónica selectiva. En este caso, la solución purificada, obtenida de la región de baja concentración cercana a la membrana nanoporosa, puede utilizarse para diálisis. Al aplicar un campo eléctrico a través de la membrana nanoporosa, la fuerza de Coulomb acelera la separación iónica, expandiendo la zona de purificación. Sin embargo, los métodos convencionales de electrodiálisis presentan limitaciones para purificar completamente el líquido de diálisis, ya que la urea, uno de los principales productos de desecho del organismo, es eléctricamente neutra y no se ve afectada por la fuerza de Coulomb.
Solventando problemas
Para solucionar esto, el equipo de investigación activó aún más la permeabilidad iónica selectiva de la membrana nanoporosa, lo que permitió la descomposición electroquímica y la eliminación no solo de productos de desecho cargados, como la creatinina, sino también de moléculas neutras, como la urea. Este principio se validó experimentalmente mediante un dispositivo microfluídico que controla el flujo de fluidos a través de microcanales para inducir reacciones químicas.
El reto final del equipo de investigación fue aumentar el caudal del líquido de diálisis. Para ser viable como dispositivo de diálisis portátil, el dispositivo debía alcanzar una capacidad de procesamiento de fluidos de mililitros por minuto. Sin embargo, los dispositivos microfluídicos convencionales tienen una estructura bidimensional, lo que limita su capacidad a microlitros por minuto, lo que dificulta una expansión suficiente del caudal.
Para abordar esto, el equipo diseñó una estructura de micromalla que forma un entorno electrohidrodinámico a nanoescala solo cerca de la membrana nanoporosa, lo que aumenta significativamente el caudal de fluidos. Como resultado, desarrollaron con éxito un dispositivo de diálisis tridimensional. El dispositivo alcanzó una velocidad de procesamiento de fluidos de hasta un mililitro por minuto. Al aplicarlo a un modelo de rata con insuficiencia renal, el dispositivo demostró una tasa promedio de eliminación de desechos de aproximadamente el 30 % por ciclo de diálisis.
Si este dispositivo de diálisis peritoneal se comercializa como un sistema portátil, se espera que mejore significativamente la calidad de vida de los pacientes con insuficiencia renal. Además, podría reducir los costos médicos, disminuir el desperdicio médico y mejorar la accesibilidad a la atención sanitaria, beneficiando especialmente a los pacientes de bajos ingresos y de países en desarrollo.
El futuro
El profesor Jung Chan Lee ha comentado en un comunicado: "Para que este dispositivo de diálisis peritoneal se pueda aplicar en humanos, debe someterse a la comercialización de dispositivos médicos, evaluaciones de seguridad, ensayos clínicos y aprobaciones regulatorias. Si bien aún queda mucho camino por recorrer, esta investigación es sumamente significativa, ya que garantiza una tecnología fundamental que podría revolucionar el tratamiento de la enfermedad renal terminal. Se necesita mayor inversión e investigación para garantizar que los pacientes puedan beneficiarse eventualmente de esta innovación".
Por su parte, el profesor Gun Yong Sung, de la Universidad de Hallym, ha enfatizado: "Este logro marca la primera aplicación exitosa de la nanotecnología en órganos artificiales. Es gratificante saber que esta investigación podría ofrecer una mejor calidad de vida a los pacientes con enfermedad renal terminal que sufren de baja satisfacción debido a la diálisis».
El profesor Yon Su Kim, del Hospital Universitario Nacional de Seúl, ha dictaminado: "Se han implementado diversos tratamientos para la enfermedad renal crónica, pero los pacientes han tenido dificultades para mantener una vida normal. Si los resultados de nuestra investigación se comercializan, los pacientes no solo podrán mantener sus actividades diarias de forma más estable, sino también planificar un estilo de vida más activo".
Para el otro investigador, el profesor Sung Jae Kim, del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad Nacional de Seúl: "Esta investigación va más allá del simple desarrollo de un dispositivo de diálisis compacto y avanzado. Tiene amplias implicaciones sociales, como la mejora de la calidad de vida de los pacientes, la ampliación del acceso a la atención médica, la reducción de los costos médicos y el avance de la industria de dispositivos médicos. Si bien nuestras pruebas con modelos de ratas presentaron claras limitaciones, si integramos nuestra tecnología de eliminación de desechos y expansión de fluidos basada en la polarización de la concentración de iones en riñones artificiales, los pacientes con enfermedad renal terminal podrán recuperar la movilidad y mejorar significativamente su calidad de vida".
