Nuestro cuerpo obtiene energía de la glucosa, ¿por qué no generar electricidad con la glucosa en sangre que nos sobra?
En la diabetes de tipo 1, el organismo no produce insulina, la hormona que se encarga de procesar la glucosa que extraemos de los alimentos (entre otras cosas). Esto significa que los pacientes que padecen esta enfermedad tienen que obtener la hormona externamente para regular sus niveles de azúcar en sangre. Hoy en día, esto se hace sobre todo mediante bombas de insulina que se conectan directamente al cuerpo. Estos dispositivos, al igual que otras aplicaciones médicas como los marcapasos, requieren un suministro fiable de energía, que en la actualidad se obtiene principalmente de pilas de un solo uso o recargables.
Un equipo de investigadores dirigido por Martin Fussenegger, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas de la ETH Zurich de Basilea, ha puesto en práctica una idea futurista. Han desarrollado una pila de combustible implantable que utiliza el exceso de azúcar en sangre (glucosa) para generar energía eléctrica. Los investigadores han combinado la pila de combustible con células beta artificiales desarrolladas por su grupo hace varios años. Éstas producen insulina con sólo pulsar un botón y reducen eficazmente los niveles de glucosa en sangre de forma muy parecida a sus modelos naturales en el páncreas.
«Muchas personas, sobre todo en los países industrializados occidentales, consumen más carbohidratos de los que necesitan en su vida diaria», explica Fussenegger. Esto, añade, conduce a la obesidad, la diabetes y las enfermedades cardiovasculares. «De ahí surgió la idea de utilizar este exceso de energía metabólica para producir electricidad y alimentar dispositivos biomédicos», explica.
Pila de combustible en formato de bolsita de té
En el interior de la pila de combustible hay un ánodo (electrodo) hecho de nanopartículas de cobre, que el equipo de Fussenegger creó específicamente para esta aplicación. Está formado por nanopartículas a base de cobre y desdobla la glucosa en ácido glucónico y un protón para generar electricidad, que pone en marcha un circuito eléctrico.
Envuelta en una tela no tejida y recubierta de alginato, un producto de algas aprobado para uso médico, la pila de combustible se asemeja a una pequeña bolsita de té que puede implantarse bajo la piel. El alginato absorbe el líquido corporal y permite que la glucosa pase del tejido a la pila de combustible.
Una red de diabetes con fuente de alimentación propia
En un segundo paso, los investigadores acoplaron la pila de combustible a una cápsula que contiene células beta artificiales. Éstas pueden estimularse para producir y secretar insulina mediante corriente eléctrica o luz LED azul. Fussenegger y sus colegas ya probaron este tipo de células de diseño hace algún tiempo.
El sistema combina la generación sostenida de energía y la administración controlada de insulina. En cuanto la pila de combustible registra un exceso de glucosa, empieza a generar energía. Esta energía eléctrica se utiliza entonces para estimular las células para que produzcan y liberen insulina en la sangre. Como resultado, la glucemia desciende hasta un nivel normal. Cuando desciende por debajo de un determinado umbral, se detiene la producción de electricidad e insulina.
La energía eléctrica suministrada por la pila de combustible es suficiente no sólo para alimentar estas células pancreáticas artificiales, sino también para permitir que el sistema se comunique con dispositivos externos, como un teléfono inteligente. Esto permite a los posibles usuarios ajustar el sistema a través de la correspondiente app. Un médico también podría acceder a él a distancia y realizar ajustes.
El sistema actual es sólo un prototipo. Aunque los investigadores lo han probado con éxito en ratones, no pueden convertirlo aún en un producto comercializable. «Llevar un dispositivo así al mercado está muy por encima de nuestros recursos financieros y humanos», afirma Fussenegger. Para ello se necesitaría un socio industrial con los recursos y conocimientos adecuados.
REFERENCIA
Blood-Glucose-Powered Metabolic Fuel Cell for Self-Sufficient Bioelectronics
Fuente: ETH Zurich
