Las baterías que se descomponen de forma segura en el tracto gastrointestinal podrían mejorar los dispositivos ingeribles
Fabricadas con materiales «biorreabsorbibles», las nuevas baterías podrían alimentar cápsulas destinadas a la administración de fármacos, la detección y otras aplicaciones.
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Utilizando materiales aptos para el consumo humano, investigadores del MIT han creado baterías minúsculas que podrían utilizarse para alimentar dispositivos electrónicos ingeribles. Estas baterías podrían hacer que los dispositivos fueran más seguros para los pacientes y minimizar el impacto medioambiental de las mismas una vez que se excretan.
En un nuevo estudio, los investigadores demostraron que las baterías, que generan 1,84 voltios, podrían alimentar dos tipos diferentes de dispositivos: una etiqueta RFID capaz de transmitir desde el estómago y una cápsula que produce una pequeña corriente eléctrica que estimula la producción de grelina, la hormona del hambre.
Este tipo de batería, que contiene electrodos fabricados con magnesio y trióxido de molibdeno, también podría utilizarse en otros dispositivos ingeribles para aplicaciones de detección o terapéuticas, según afirman los investigadores.
«Para muchos de los sistemas que estamos desarrollando, necesitamos energía, y alimentamos el sistema de diferentes maneras», afirma Giovanni Traverso, profesor de ingeniería mecánica en el MIT, gastroenterólogo en el Brigham and Women’s Hospital y miembro asociado del Broad Institute del MIT y Harvard. «A menudo utilizamos pilas, por lo que la pregunta era: ¿podríamos desarrollar una pila que fuera biorreabsorbible y, a continuación, aplicarla a una amplia gama de ámbitos de aplicación?».
Traverso es el autor principal del artículo, que se publica ahora en *Nature Chemical Engineering*. El antiguo investigador postdoctoral del MIT Mehmet Girayhan Say es el autor principal del artículo.
Baterías biocompatibles
Durante la última década, Traverso y sus colaboradores han desarrollado cápsulas ingeribles capaces de monitorizar signos vitales, administrar diversos fármacos y detectar sobredosis de opiáceos.
No todos estos dispositivos necesitan una fuente de alimentación. En el caso de los que sí la necesitan, los investigadores han alimentado los dispositivos mediante una fuente externa que transmite energía de forma inalámbrica, han aprovechado la energía del tracto gastrointestinal o han utilizado pequeñas pilas de botón. Sin embargo, esas pilas, que suelen contener litio, óxido de plata u otros metales, podrían suponer un riesgo para la seguridad si el recubrimiento protector de la pila resultara dañado durante su paso por el tracto gastrointestinal.
Para crear una pila más segura y permitir que los sistemas sean totalmente autónomos sin necesidad de alimentación externa, los investigadores recurrieron a metales que pueden actuar como electrodos pero que son seguros para el consumo humano en pequeñas cantidades: el magnesio y el trióxido de molibdeno.
«Se sabe que esos materiales son relativamente seguros. Ese fue el principal motivo: pensar en materiales que el ser humano pudiera tolerar», afirma Traverso.
Los investigadores utilizaron magnesio para crear el ánodo de la batería y trióxido de molibdeno para el cátodo. La batería también contiene un electrolito de gel líquido iónico, y todo el sistema es biorreabsorbible, lo que significa que el cuerpo puede descomponerlo y absorberlo por completo. Los investigadores diseñaron dos versiones diferentes de la batería que podrían utilizarse para distintas aplicaciones: un disco de 7,5 milímetros de diámetro y una barra rectangular de 24 milímetros de longitud.
Para comprobar cómo se comportarían las baterías en el tracto gastrointestinal, los investigadores las expusieron primero a una solución altamente ácida similar al jugo gástrico. Descubrieron que las baterías funcionan con normalidad durante unos tres días, tras lo cual su rendimiento comienza a disminuir lentamente. En unas pocas semanas, se descomponen por completo.
A continuación, los investigadores incorporaron la pila rectangular a un dispositivo biodegradable del que ya habían informado en 2023, diseñado para aplicar una pequeña corriente eléctrica al revestimiento del estómago. En su trabajo anterior, el laboratorio de Traverso demostró que esta descarga podía estimular a las células endocrinas del estómago para que produjeran grelina.
Estimular la secreción de grelina podría resultar útil para tratar enfermedades que conllevan náuseas o pérdida de apetito, como la caquexia (pérdida de masa corporal que puede producirse en pacientes con cáncer u otras enfermedades crónicas).
La versión inicial de ese dispositivo funcionaba con dos pilas de óxido de plata tipo moneda, similares a las que se utilizan en los dispositivos ingeribles aprobados por la FDA. Al sustituirlas por las nuevas pilas de óxido de magnesio y molibdeno, los investigadores lograron que casi todo el dispositivo —a excepción de una placa de circuito impreso— fuera biorreabsorbible. Cualquier componente que no se absorba puede atravesar el tracto gastrointestinal y ser excretado.
En el nuevo estudio, los investigadores demostraron que la nueva batería tenía la potencia suficiente para generar estimulación eléctrica continua durante un máximo de tres días. Las pruebas en animales revelaron que 20 minutos de estimulación en el estómago podían aumentar los niveles de grelina en aproximadamente un 50 %.
«Lo que hace que este trabajo sea tan emocionante es que hemos podido demostrar que una batería biorreabsorbible no es solo un concepto. De hecho, puede alimentar funciones clínicamente relevantes dentro del tracto gastrointestinal y, a continuación, simplemente disolverse», afirma Say.
Comunicación alimentada por batería
A continuación, los investigadores incorporaron la batería a un dispositivo RFID, que diseñaron para ayudar a los pacientes a cumplir con sus horarios de medicación. Esta cápsula puede transmitir su ubicación desde el interior del tracto gastrointestinal a través de una etiqueta RFID biorreabsorbible fabricada con molibdeno y celulosa.
Un sistema RFID anterior, conocido como SAFARI y del que informó el laboratorio de Traverso en enero, utilizaba etiquetas RFID pasivas, alimentadas por energía captada del entorno, lo que limita el alcance de la comunicación.
En el nuevo estudio, las pruebas en animales demostraron que las etiquetas RFID podían alimentarse eficazmente mediante una batería biorreabsorbible con forma de disco. Con la nueva batería, el dispositivo podría transmitir de forma continua desde el tracto gastrointestinal y con un mayor alcance (hasta 1,5 metros).
Los investigadores están planificando ahora un ensayo clínico para el sistema SAFARI, que esperan que comience dentro de unos dos años. Este tipo de sistemas no solo podrían ser más seguros para los pacientes, sino que también reducirían el impacto medioambiental de las baterías que, con el tiempo, acabarían siendo excretadas al sistema de alcantarillado.
«Las ventajas son dobles: por un lado, la capacidad de ser biorreabsorbible, pero también el potencial de minimizar el impacto medioambiental, ya que los materiales se degradarán en el medio ambiente», afirma Traverso.
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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