La exploración espacial no solo nos ha permitido imaginar el viaje a las estrellas y el poder habitar otros mundos, sino que también ha generado avances tecnológicos en diversos campos, incluyendo la medicina. En este artículo, exploraremos tres desarrollos médicos que tienen sus raíces en el desarrollo tecnológico derivado de investigación aeroespacial y la astronomía. Desde innovaciones en técnicas quirúrgicas, tratamientos radiológicos contra el cáncer, hasta materiales avanzados para implantes médicos, descubriremos cómo esta tecnología ha influido en la mejora de nuestra calidad de vida.
1. Cirugía en el espacio
La cirugía en el espacio fue iniciada por Iaroshenko en 1967 con sus trabajos en roedores en la Agencia Espacial Rusa. Hasta donde se haya reportado, al día de hoy no se han llevado a cabo procedimientos quirúrgicos en humanos durante alguna misión espacial. Sin embargo, ya se han realizado cirugías bajo anestesia en roedores en la misión STS–90 del Columbia en 1998, mostrando que los procedimientos quirúrgicos menores son factibles en humanos. En este año 2024, se han iniciado las actividades quirúrgicas simuladas en la Estación Espacial Internacional por medio de un robot quirúrgico operado desde la Tierra. Se especula que las posibles intervenciones quirúrgicas se puedan deber a cortes y traumas penetrantes debido al impacto de partículas o basura espacial durante las actividades extra-vehiculares; contaminación química o biológica debido a reparaciones de equipo eléctrico, investigación química o biológica; lesiones ortopédicas; o malestares dentales. Estas situaciones requieren necesariamente una infraestructura médica disponible. Es así como se ha demostrado que los procesos de estabilización se pueden llevar a cabo durante un vuelo espacial sin mayores dificultades que los realizados en un ambiente terrestre, incluyendo traqueotomías, ventilación artificial, infusión intravenosa (con sistemas auto-presurizados), inserción de tubos en el pecho y drenado. Todo esto se estima factible en ambientes de microgravedad.
Las alteraciones fisiológicas que pudieran ocurrir durante un vuelo espacial afectarán los modos en los que se presenta una enfermedad, su evaluación diagnóstica, tratamiento y manejo. Es así como a través de la investigación médica se ha establecido que la herramienta de diagnóstico para pacientes traumatizados es el “eFAST” (extended Focused Assessment with Sonography for Trauma, Examinación extendida focalizada con ecografía para trauma) como primera herramienta para evaluar una intervención quirúrgica, la cual consiste en un ultrasonido que busque hemorragias alrededor del corazón, pulmones u órganos abdominales.
Por el momento se desconocen los efectos de la anestesia en humanos en microgravedad, no así en ratones, experiencia que fue llevada a cabo en la referida misión STS-90. La anestesia a través de anestésicos inhalatorios no se considera factible por la contaminación del ambiente restringido de una nave espacial; la raquianestesia (anestesia que se aplica por medio de inyecciones en la columna vertebral) también presenta ciertas dificultades relacionadas con el comportamiento de los fluidos en microgravedad. Es por ello que la técnica más prometedora es la intravenosa, o los bloqueos. Las técnicas quirúrgicas también tienen que adaptarse como se menciona anteriormente. Los órganos, mayoritariamente compuestos de agua, y los fluidos se comportan diferentemente. Por ejemplo, los intestinos o los riñones tienden a flotar cuando son liberados de los tejidos que los contienen. Debido a la tensión superficial, el sangrado se presenta en forma de esferas alrededor del tejido dañado, razón por la cual se recomienda la cauterización o la absorción con gasas. Poco a poco, cada una de las técnicas que se llevan a cabo en el ambiente terrestre han de ser evaluadas. Hay mucho por hacer, y los procedimientos tradicionales en medicina tendrán que ser reconsiderados para ambientes en microgravedad.
2. Tratamientos contra el cáncer
Son varios los proyectos que se han desarrollado para estudiar el núcleo del Sol, y la interacción de la luz conforme ésta remonta hacia el exterior de éste. Hace algunos años se hacían generalizaciones de cómo ciertos átomos bloqueaban ciertas longitudes de onda. Este tipo de opacidad define la temperatura y la presión en el Sol, lo que su vez condiciona lo que se observa desde la Tierra. Es así como desde 1983 se han desarrollado proyectos de grupos multidisciplinarios de astrónomos, físicos computacionales y físicos atómicos, que buscan entender el comportamiento de los átomos en las capas del Sol. Un hallazgo del Proyecto Opacidad (Opacity Proyect) fue que para ciertas longitudes de onda, en particular las que corresponden a los rayos X, los átomos de metales pesados interactúan con la radiación, emitiendo electrones de baja energía. En elementos pesados como el oro, que es un elemento químicamente estable y no tóxico para el cuerpo humano, se observó que interactúa con ciertas frecuencias de rayos X. La idea es que la radiación interactúe con un átomo y desprenda un electrón de las capas electrónicas internas (altamente energéticas, de ahí que no sea fácil sacarlos de sus órbitas) creando una vacante. Así comienza una reacción en cadena al interior del átomo en el que un electrón de las capas electrónicas externas busca ocupar la vacante recién creada, liberando un fotón de rayos X (fluorescencia de rayos X). Alternativamente, la energía liberada puede ser transferida a otro electrón en una capa externa, provocando la expulsión de este segundo electrón (electrón Auger). Entonces, al utilizar una frecuencia adecuada de radiación X en átomos de oro se tiene una fuente de partículas energéticas y radiación capaces de irradiar tumores cancerosos de forma localizada. Esto está dando lugar al uso de nanopartículas de oro para los tratamientos contra el cáncer. Aunque no se trata de una cura propiamente contra la enfermedad, se ve como un tratamiento menos agresivo hacia los tejidos circundantes sanos.
3. Materiales poliméricos de uso aeroespacial usados en articulaciones libres de metal
Las articulaciones artificiales tienen la gran desventaja de tener una vida útil limitada entre 10 y 15 años, a veces menos, lo que desaconseja su uso en pacientes menores de 65 años. Las articulaciones artificiales, ya sean a base de polímeros (Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular, por sus siglas en inglés UHMWPE, Ultra High Molecular Weight Polyethylene), metales (titanio o acero inoxidable), o cerámicos, presentan en general problemas de fricción y desgaste. Los polímeros UHMWPE tienden a fallas en forma de desgaste, deformación, degradación o delaminación debido al rompimiento de las cadenas poliméricas. Los materiales cerámicos son frágiles, siendo propensos a fracturarse. Por otro lado, el desgaste de los implantes de metal genera partículas metálicas tóxicas, carcinogénicas y alergénicas. Por ejemplo, los iones de cobalto o cromo pueden provocar inflamación y destrucción de tejido óseo de la articulación en cuestión. Además, los iones metálicos pudieran entrar al torrente sanguíneo, circular por todo el cuerpo, y dañar corazón y cerebro. Debido a estos riesgos, las prótesis metálicas han sido limitadas desde 2013, lo que ha llevado a la industria médica a desarrollar prótesis libres de metal.
El desarrollo de polímeros basados en poliamidas, producidos por moldeo por compresión y utilizados en rodamientos de bolas para turbomaquinaria aeroespacial (ver Figura 1), ha demostrado alta resistencia al desgaste, a la deformación y a la fatiga. Estos materiales se han modificado para usos médicos, dando lugar al polímero comercialmente conocido como MP-1â, una poliamida biocompatible altamente resistente al desgaste, adecuada para prótesis médicas libres de metal (Ver Figura 2). Además, este material presenta alta resistencia a la termofluencia, al desgaste, al impacto, a la fatiga, alta tenacidad y estabilidad química. La termofluencia es la deformación que se acumula con el tiempo generalmente a altas temperaturas. Los polímeros pueden presentar la termofluencia a temperatura ambiente.
Las aplicaciones en humanos y animales incluyen implantes ortopédicos de rodilla, cadera, maxilares, hombros, columna, dispositivos de trauma (clavos, placas, tornillos, fijadores para fractura de radio distal), así como aplicaciones en dispositivos cardiovasculares como marcapasos, válvulas cardiacas y stents.
Referencias
Drudi, L. et al. Surgery in space: Where are we at now? Acta Astronaut 79 (2012): 61–66.
CNN. Surgery in space: Remotely operated robot completes first simulated procedure at space station. YouTube. Disponible en:
(Fecha de acceso: 10/06/2023).
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Kavousi, Y. et al. Gold nanoparticles in radiation therapy: an old story yet mesmerizing. Iranian Journal of Blood and Cancer (2022):140–149.
Buchman, A., Sibony, S., Burn, J.P. From space to the human body - a game changing implant material. Presentado en la International Conference on Materials Science, Engineering and Technology, Diciembre 2022.
Hospital for Special Surgery. FDA toughens stance on all-metal hip implants. Arthritis Today. Retrieved from https://www.hss.edu/newsroom_fda-stance-allmetal-hip-implants.asp (Fecha de publicación: 25/01/2013, fecha de acceso: 10/06/2023).
Figura 1. Turbomaquinaria de aviación: motor JT8D. Vista principal con composición interna arriba; corte mostrando tipos de rodamientos abajo; foto de uno de los dos rodamientos de bolas metálicas entre compresores y cámaras de combustión a la derecha. Fuente: E. Vargas-Rojas, et al. Redesign of a bearing extractor tool for an aircraft engine, using reverse engineering and TRIZ. INNOVATOR 01/2014 (01):104-109.
Figura 2. Inserto acetabular y cabeza femoral fabricados con MP-1â. Fuente: Buchman, A., Sibony S. Polyimide MP-1™- The ultimate solution for medical devices. International Journal of Innovative Studies in Medical Sciences (2020):3-6.
