Dispositivo inalámbrico para el manejo del dolor crónico reduce la necesidad de analgésicos y cirugía

El dolor crónico afecta a millones de personas en todo el mundo, lo que a menudo provoca discapacidad a largo plazo y dependencia de opioides, los cuales conllevan riesgos importantes de efectos secundarios y adicción. Si bien los estimuladores implantables de médula espinal ofrecen una alternativa sin opioides, suelen requerir cirugía invasiva, altos costos y reemplazos regulares de baterías. Para abordar estas limitaciones, ingenieros biomédicos han desarrollado un nuevo dispositivo implantable inalámbrico, flexible y alimentado por ultrasonidos, diseñado para brindar alivio personalizado del dolor sin necesidad de baterías ni procedimientos invasivos.

Este dispositivo innovador fue desarrollado por investigadores de la Escuela de Ingeniería Viterbi de la USC (Los Ángeles, CA, EUA) y detallado en la revista Nature Electronics. El equipo diseñó el sistema como una solución completamente inalámbrica y autoajustable para el tratamiento del dolor crónico. Denominado estimulador implantable inalámbrico inducido por ultrasonido (UIWI, por sus siglas en inglés), el sistema se fija a la médula espinal y se alimenta externamente mediante un transmisor de ultrasonido portátil, lo que elimina la necesidad de baterías internas o conexiones por cable.

Al aprovechar los algoritmos de aprendizaje automático, el dispositivo también permite ajustes en tiempo real a la terapia del dolor según la condición de cada individuo. En el centro de la innovación se encuentra su transferencia de energía inalámbrica y su mecanismo de estimulación adaptativa. El estimulador UIWI se alimenta mediante ultrasonido transmitido a través de la piel, un método que permite la administración segura y no invasiva de energía a los tejidos profundos.

El dispositivo contiene un elemento piezoeléctrico miniaturizado de zirconato titanato de plomo (PZT), que convierte la energía mecánica del ultrasonido en pulsos eléctricos mediante el efecto piezoeléctrico. Estos pulsos estimulan la médula espinal para interrumpir las señales de dolor antes de que lleguen al cerebro. Un aspecto clave del estimulador es su flexibilidad: puede doblarse y torcerse, lo que permite una integración fluida con los movimientos naturales de la columna vertebral.

El sistema también incorpora un modelo de inteligencia artificial que interpreta la actividad cerebral en tiempo real. Al analizar las señales de EEG, el modelo de red neuronal basado en ResNet-18 clasifica el dolor en tres categorías: leve, moderado y extremo, con una tasa de precisión del 94,8 %. El transmisor portátil ajusta su salida de ultrasonido en función de estas señales, creando un sistema de retroalimentación en bucle cerrado que administra de forma dinámica el nivel adecuado de estimulación eléctrica. Este enfoque personalizado garantiza que el tratamiento se mantenga alineado con el nivel de dolor actual del paciente, maximizando el alivio y minimizando la estimulación innecesaria.

Para validar la eficacia del sistema, los investigadores probaron el estimulador UIWI en modelos de roedores con dolor neuropático crónico. Los resultados mostraron que el dispositivo redujo significativamente las respuestas a estímulos mecánicos y térmicos. En pruebas de comportamiento, los roedores prefirieron sistemáticamente entornos donde el dispositivo estaba activo, lo que indica un claro alivio del dolor. Estos hallazgos confirmaron la eficacia tanto fisiológica como conductual del sistema. La flexibilidad y la capacidad de respuesta del dispositivo representan un avance importante en las terapias basadas en neuromodulación.

De cara al futuro, el equipo busca miniaturizar aún más el sistema, con la posibilidad de implantarlo mediante una jeringa e integrarlo con arreglos de ultrasonido sin cables para mejorar su portabilidad. El componente externo portátil podría evolucionar hacia un formato en parche, combinando funciones de imagen y estimulación para un control más preciso. También se contempla la integración con teléfonos inteligentes, permitiendo a los usuarios gestionar y monitorear su alivio del dolor a través de una interfaz digital. En resumen, esta innovación supone un avance significativo hacia el manejo personalizado y no invasivo del dolor crónico, superando las limitaciones de las tecnologías actuales y ofreciendo una alternativa más eficaz e inteligente a los opioides.

“Lo que realmente distingue a este dispositivo es su capacidad inalámbrica, inteligente y autoadaptativa para el manejo del dolor”, afirmó Qifa Zhou, investigador de la USC y director de la investigación. “Creemos que ofrece un gran potencial para reemplazar los esquemas farmacológicos y los métodos convencionales de estimulación eléctrica, alineándose con las necesidades clínicas de alivio del dolor”.

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Escuela de Ingeniería Viterbi de la USC