Los marcapasos artificiales normalmente usan electrodos para entregar impulsos eléctricos regulares al músculo del corazón para mantener sus latidos constantes. Aunque los dispositivos son seguros en el corto plazo, pueden causar daño al músculo si se utiliza durante décadas. Los métodos intrusivos de esta técnica--que requieren contacto con el corazón--también limitan sus posibilidades como herramienta de investigación.
"Si se está tratando de utilizar un electrodo para tocar el corazón y estimularlo, los contactos podrían interrumpir la observación potencial de los latidos del corazón," señala Ed Boyden, profesor de ingeniería biológica del MIT. Boyden no estuvo involucrado en la investigación. "Un método no invasivo para hacer latir el corazón es importante para la ciencia. Potencialmente, esto podría abrir una gran cantidad de experimentos".
La idea de controlar células con luz no es nueva: Algunos laboratorios han demostrado que las neuronas pueden activarse y desactivarse con la estimulación óptica, y un grupo ha utilizado poderosos pulsos láser para dar ritmo a células cardiacas en cultivo. No obstante, ésta es la primera vez que se da ritmo con luz a un corazón entero en un animal vivo.
En la nueva técnica, descrita en la revista Nature Photonics, los científicos colocaron una fibra de láser infrarrojo un milímetro por encima de los corazones en desarrollo de unos embriones de codo iz de dos días de edad. A medida que cambiaban el ritmo de los pulsos láser, los latidos del corazón también cambiaron para adaptarse. "Dar el ritmo a un corazón de forma no invasiva mediante luz tiene diferentes ventajas y desventajas respecto a la estimulación eléctrica", indica Michael Jenkins, postdoctorado de bioingeniería de la Universidad Case Weste Reserve, con sede en Cleveland, y primer autor del estudio. "Tiene el potencial para ser utilizado en todo desde la investigación básica a aplicaciones clínicas."
Jenkins y sus colaboradores están actualmente trabajando en la estimulación óptica de los corazones de codo iz adulta, usando la misma técnica de insertar una fibra óptica en sus cuerpos de manera que estén al lado del corazón. Sin embargo, los tejidos son más opacos que los que se encuentran en los embriones, lo que hace más difícil la penetración de luz. Debido a que las codo ices adultas son más grandes, también es más difícil encontrar con precisión el punto exacto a exponer a la luz.
Los científicos esperan que este tipo de método no invasivo pueda ayudar a descubrir más sobre el desarrollo cardíaco y las causas desconocidas de las enfermedades cardíacas congénitas. "Podemos utilizarlo para estudiar de forma no invasiva los cambios ambientales que modifican la frecuencia cardíaca y que podrían dar lugar a defectos en el corazón", destaca Jenkins. "O para estudiar cómo los cambios en la frecuencia cardiaca durante las etapas cruciales del crecimiento podrían cambiar la expresión génica".
Jenkins aún no puede explicar cómo la luz provoca que el músculo del corazón se contraiga, y añade que se puede tardar varios años en resolver. No obstante, él piensa que puede ser que las longitudes de onda infrarrojas están calentando las células, algo que cambiaría la capacidad de transmitir una carga de un conjunto particular de canales iónicos.
Douglas Cowan, profesor asistente en el Hospital Infantil de Boston, ha estado trabajando en un método diferente para estimular la función del músculo cardíaco, uno basado en la ingeniería de tejidos. Él comenta que el enfoque de Jenkins podría ayudar a empujar las células madre a diferenciarse en células cardiacas latientes.
Debido a que las ondas de luz no pueden atravesar más de unas pocas capas de tejido, los investigadores sugieren que, en el ser humano, su técnica podría ser especialmente útil para la estimulación de un corazón expuesto durante la cirugía.
Más allá de eso, un marcapasos óptico implantado—aunque aún se trata de una perspectiva lejana--es una idea que muchos investigadores creen que merece la pena seguir. "En los niños, la estimulación eléctrica durante 15 o 20 años hace que el corazón no se desarrolle bien", afirma Jenkins. Si bien esto es menos preocupante para alguien de 75 años de edad, puede ser una gran preocupación para un pediatra que está poniendo un marcapasos a un niño de tres años. "Si la estimulación óptica puede regular el ritmo del corazón, de tal manera que lata más intrínsecamente, ésta podría ser una ventaja", concluye él.