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Ingeniería que repara los corazones

Sofía Suárez ha sido premiada por un trabajo en el que simula el comportamiento de las prótesis valvulares biológicas para mejorar su diseño y apoyar las decisiones médicas

La autora del trabajo, Sofía Suárez García. Cedida

El conocimiento de los ingenieros mecánicos también se aplica a la reparación del principal motor del cuerpo humano. Sofía Suárez García, investigadora de la Universidad de Vigo, ha sido premiada por un trabajo en el que simula el comportamiento de las prótesis biológicas que se implantan en pacientes que sufren estrechamiento de su válvula aórtica con el objetivo de mejorar su diseño y apoyar las decisiones médicas.

Las bioprótesis están fabricadas habitualmente con pericardio –la membrana que rodea el corazón– de origen bovino o porcino y se introducen mediante un catéter en la válvula nativa para controlar en su lugar el flujo de sangre. “Estos tejidos están compuestos por fibras de colágeno que pueden estar dispuestas en dirección circunferencial, axial o mixta. Y sufren fenómenos de daño y fatiga. Nuestro estudio consistió en programar un modelo de elementos finitos capaz de reproducir estos fenómenos, lo que implica bastante complejidad. Y demostramos que la direccionalidad, tal y como esperábamos, es muy importante en el comportamiento de las prótesis”, explica Suárez, que acaba de ser distinguida por el Colegio Oficial de Ingenieros Industriales de Vigo (ICOIIG) durante su sexta gala en la modalidad de trabajos fin de máster.

Simulación de la prótesis valvular biológica.

La ingeniera, que pertenece al grupo de Diseño y Simulación Numérica del Cintecx, ya realizó su trabajo final de grado sobre el comportamiento de los stents valvulares. Y actualmente continúa en el campo de las bioprótesis y la programación de modelos desarrollando su tesis doctoral.

El implante de válvula aórtica transcatéter (TAVI) evita la realización de una cirugía a corazón abierto. La prótesis se introduce a través de la femoral o del ventrículo izquierdo del corazón, se despliega en el interior de la válvula nativa del paciente y, gracias a sus valvas, puede controlar adecuadamente el flujo sanguíneo.

Estos dispositivos son recientes y actualmente se encuentran en fase de estudio clínico para su implantación en pacientes de riesgo intermedio. Por eso la simulación de elementos finitos puede ser una herramienta de gran ayuda en la mejora de su diseño.

Una prótesis biológica comercializada. s. penelas

“Son operaciones relativamente sencillas y que se practican habitualmente en los hospitales. Pero el problema de estas prótesis es que tienen una duración limitada debido al tejido utilizado para su fabricación. Ahora mismo es de unos diez años y esto supone una limitación en el caso de los pacientes más jóvenes porque habría que volver a intervenirlos para retirársela. Saber cómo se comporta el tejido y dónde puedes actuar para incrementar su durabilidad es importante”, destaca Suárez.

“Gracias a los modelos de simulación podemos representar el diseño de la prótesis, ver cómo se comporta y anticiparnos a posibles problemas relacionados con su funcionamiento o la implantación en el paciente”, explica la ingeniera, que desarrolla sus estudios a partir de software comercial.

Su tesis, dirigida por José Ángel López Campos, “uno de los pioneros” en esta rama de investigación, y el matemático José Ramón Fernández García, continúa profundizando en la programación de modelos “capaces de reproducir exactamente las características del material que se está usando”.

Interacción entre la prótesis y la raíza aórtica del paciente

“El grupo de investigación está muy enfocado ahora a estudiar la interacción entre la prótesis y la propia raíz aórtica del paciente. En lugar de sustituir la válvula dañada, el nuevo dispositivo se introduce en su interior y por eso es muy importante la anatomía del lugar en el que se va a implantar, porque no todos tenemos la misma. Y lo que hacemos es incorporar a nuestras simulaciones la geometría de esa raíz, que extraemos previamente a través de un TAC”, detalla Suárez.

Gracias a estos estudios, los fabricantes pueden mejorar el diseño de las prótesis y los médicos, tomar mejores decisiones: “Existen tres tamaños para elegir, pero puede darse el caso de que haya dudas de cuál es el mejor para un paciente con aneurisma o con cualquier otro problema. O sobre qué implicaciones puede tener el hecho de colocar la prótesis un milímetro más arriba o abajo”.

Sofía Suárez, natural de Ames, cursó la carrera de Ingeniería Mecánica y el máster en Ingeniería Industrial en la UVigo. Cuando ella inició sus estudios todavía no se había implantado Ingeniería Biomédica, pero gracia a su trabajo final de grado ha podido incorporarse a este prometedor ámbito..

“Hubo algún momento durante la carrera en el que no conseguía encontrar una motivación porque obviamente está muy enfocada a la automoción y las estructuras, pero por suerte encontré este camino de aire fresco. Sigue siendo ingeniería mecánica pura y dura, pero con un enfoque diferente y que sí me motiva”, celebra.

Colaboración con la industria y el Hospital Álvaro Cunqueiro

El grupo de Diseño y Simulación Numérica trabaja en contacto estrecho con la industria y la clínica, y esto facilita que los resultados de sus investigaciones puedan traducirse en beneficios para los pacientes .

“Estamos en contacto con una empresa que se dedica a la fabricación de estas prótesis y también con los investigadores del servicio de Cardiología del Hospital Álvaro Cunqueiro. Trabajamos en común para tratar de resolver los problemas reales que nos plantean de la mejor forma posible. Por un lado, ayudamos en la fase de diseño de los dispositivos y, por otro, brindamos apoyo a la decisión médica”, destaca Sofía Suárez.

Su trabajo fue distinguido en la sexta edición de los premios fin de de máster del Colegio de Ingenieros Industriales de Vigo en la modalidad de introducción a la investigación. Y en la otra categoría, la de proyecto tradicional, el estudio reconocido fue el de Javier Nogueira Vidal, que llevó a cabo el diseño de una planta fotovoltaica flotante.

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