Levitación electromagnética: de cirugía cardiovascular al futuro en microcirugía y mínima invasiva

Para la mayor parte del mundo, la levitación era solo magia antes del año 1994 cuando un juguete interesante transformó e influyó en muchos campos de la ciencia incluyendo la medicina y la cirugí­a. El origen del juguete se basa en una invención de  Roy M Harrigan hecha en 1979, seguido por los turbulentos acontecimientos históricos y actuales relacionados con el  juguete Levitron, su revolución y evolución. Antes de Harrigan, el Electromagnetismo fue un hallazgo fortuito de Hans Christian Oersted en 1821. Dos años más tarde, la levitación electromagnética fue propuesta por Muck en 1923. Emile Bachelet en 1912 patentó ‘Levitating Transmitting Apparatus’.

Jesse Beams en 1941 patentó el cojinete magnético. Sin embargo, pasaron muchos años del 1979  hasta 1994 sin que nadie se diera cuenta del potencial técnico o comercial de la levitación magnética. Hoy en dí­a las cosas han cambiado, hay menos magia y tenemos interesantes videos de levitación magnética realizados por estudiantes y expertos en la web.

Un año después de la comercialización del Levitron, el Zurich Eidgení¶ssische Technische Hochschule y Sulzer Electronics, combinaron en 1995 un motor dentro de un frasco enlatado con un impulsor de bomba levitado magnéticamente. La venta comenzó en 2001 bajo la compañí­a llamada Levitronix. Las bombas eran para usos industriales y medicinales. (Figura 1)

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La bomba de Levitronix es el motor que impulsó las primeras bombas centrí­fugas con levitación magnética como asistencia ventricular. El Levitronix CentriMag VAS comenzó a utilizarse en seres humanos desde el año 2002 para la cirugí­a cardí­aca en Europa y Turquí­a, siguiendo en Latinoamérica en Argentina y Panamá donde  nuestros cirujanos cardiovasculares comenzaron su experiencia antes de ser aprobados en los EE.UU.

Los intereses y las necesidades de este tipo de dispositivos produjeron un frenesí­ de nuevas mejoras y fallos ocasionales.Las bombas o empresas originales fueron adquiridas gradualmente por compañí­as cada vez más grandes como cuando Thoratec compró CentriMag en el año  2011 a través de su adquisición de Levitronix Medical.

La empresa Terumo desarrolló DuraHeart II, una versión más pequeña de un modelo anterior (sistema de asistencia ventricular izquierda DuraHeart)  que obtuvo la  aprobación para su uso en Europa en el año 2007. Thoratec adquirió DuraHeart II, de Terumo, en el año 2013. Thoratec desarrolló un Hearthmate II pero fue descontinuado en el 2014. En  el 2015 la compañí­a Thoratec fue vendida a St. Jude Medical y desarrolló The Heartmate III. En el 2017, St. Jude Medical fue comprada por Abbot.

LaunchPoint Technology  en 1998 usó un dispositivo de asistencia ventricular izquierda  en pruebas con animales. La compañí­a se vendió en 1999 a Worldhealth, que continúa en la producción de este dispositivo, incluyendo el desarrollo de PediaFlow VAD. En el año 2012 se convirtió en una filial de la empresa Heartware, que comercializa un  sistema de asistencia ventricular como un puente  para los pacientes con insuficiencia cardiaca avanzada que esperan un trasplante de corazón, aprobado en el año 2013.

En en el 2016, HeartWare fue adquirida por Medtronic. Dispositivos similares se fabrican en Alemania, Australia, EE.UU y Japón. Otros tipos de válvulas levitadoras magnéticas están bajo investigación en distintos paí­ses. En este post se menciona la evolución y no se pretende proporcionar una lista completa de todas las bombas disponibles.

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El siguiente paso en la investigación cardí­aca es BiVacor, una empresa fundada en el 2008 que trabaja en un corazón artificial total propulsado por levitación magnética. La levitación magnética proporciona un movimiento preciso y estable sin desgaste mecánico que se espera que funcione por más de 10 años. (Figura 2)

El dispositivo se colocó en una oveja en el año  2015 en la Universidad de Tecnologí­a de Queensland, Brisbane, Australia, el animal trasplantado estaba bien seis horas después del implante cardí­aco total, caminaba y comí­a pero no tení­a pulso debido a la naturaleza de la bomba cardí­aca. Los ensayos humanos son el siguiente paso para este corazón artificial. El equipo de BiVacor ahora tiene su sede en el Texas Medical Center, en Houston, Texas, EE.UU.

Los juguetes y los ornamentos de Leviton todaví­a están en venta, y Levitronix utiliza los motores para productos farmacéuticos, biotecnologí­a, atención sanitaria, nanotecnologí­a (la levitación de células magnéticas es una nanotecnologí­a utilizada en cultivos de tejidos) y otros usos industriales. Otras invenciones magnéticas  de otras compañí­as relacionadas con la bomba son pequeñas y grandes, entre ellas turbinas de viento como generadores eléctricos. Como vemos, los cirujanos cardiovasculares disfrutan de las bombas de levitación, inclusive de la probabilidad del uso de un corazón artificial sin pulso. Ahora vamos a tocar temas de la levitación más allá de las bombas.

Los otros avances de levitación incluyen el tren de Shanghai Transrapid, también conocido como el Shanghai Maglev, que funciona desde el 2004. La abreviatura inglesa Maglev significa levitación magnética, y será usada a continuación en este post. Otros medios de transporte están bajo investigación  para vehí­culos, vehí­culos suspendidos y lanzamiento de sistemas espaciales. Hay más invenciones Maglev que muchos de nosotros pensamos que han de influenciar la microcirugí­a y la Cirugí­a Mí­nimamente Invasiva (CMI).

La investigación de Maglev para  una columna de control (joystick) háptica se realizó en la Universidad Carnegie Mellon y la Universidad de British Columbia (UBC). Desarrollaron el joystick Maglev de UBC que tiene seis grados de libertad (DOF) y la interfaz háptica. El dispositivo está fabricado  por Iris Dynamics, Ltd. una empresa con sede en Victoria, British Columbia, Canadá .Otro dispositivo de  7 DOF es el Maglev 200 de Butterfly Haptics, LLC de Pittsburgh, Pensilvania, EE.UU. Ambos productos tienen potencial para ser utilizados en el entrenamiento quirúrgico, la microcirugí­a, la  cirugí­a robótica y la telerobótica.

Por otra parte, proyectos de investigación se están desarrollando en el Departamento de Telerobótica, en la Universidad de Utah, en los EE.UU., que incluye usos en la microcirugí­a de la retina, y otros. ‘Five-degree-of-freedom manipulation of an untethered magnetic device in fluid using a single permanent magnet with application in stomach capsule endoscopy’, por Arthur W. Mahoney y Jake J. Abbott. Estas innovaciones tienen el potencial de ser utilizadas tanto en lo endoluminal como en la CMI.

En el Maglev Microrobotics Laboratory, de la Facultad de Ingenierí­a de la Universidad de Waterloo, en Ontario, Canadá, se están usando microrobots Maglev para manejar materiales peligrosos en el laboratorio. Un  sistema similar podrí­a ser adaptado para usar instrumentos tipo pinza en algunos procedimientos de microcirugí­a, endoluminal o CMI. Además, el mismo laboratorio está trabajando en el diseño de sistemas micro-electro-mecánicos flotantes (MEMS), principalmente son microrobots voladores que realizan micromanipulación de objetos de 100 μm de diámetro; es muy prometedor para usar en micro procedimientos. (Figura 3)

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Todos estos aportes son importantes, sin embargo, en mi opinión, un enfoque dedicado a un dispositivo para CMI es la patente de los Dres. Yoav Mintz y Martin Simon ’Magnetic Levitation Based Devices, Systems and Techniques for Probing and Operating in Confined Space, Including Performing Medical Diagnosis and Surgical Procedures’ (Figura 4)

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Este dispositivo se introduce dentro de la cavidad abdominal por una pequeña incisión y se maneja bajo Maglev por un imán de control externo, mientras que en levitación podrí­a llevar una cámara u otras herramientas quirúrgicas en procedimientos diagnósticos y operativos de CMI. Fue probado con éxito usando una cámara en estudios experimentales dentro de la cavidad abdominal de los cerdos, en varias instituciones incluyendo la UCLA en San Diego, California, EE.UU. En mi humilde opinión, sugerirí­a obtener una aprobación del comité ético para continuar en la CMI con animales a través de una ví­a transvaginal hasta poder construir herramientas de menos de 10 mm de diámetro, deseando los mejores resultados para el futuro de la CMI –Maglev.