“Este modelo nos permite cambiar el stent, el diseño, las dimensiones, materiales, medicación y el modo en que se libera”, dice Elazer Edelman, un profesor de Ciencia y tecnología de la Salud (HST) en el MIT y es el investigador principal del software. “Entonces, podemos colocar el stent, sólo o junto con otros, en las arterias con enfermedades diferentes o en distintos estados naturales. Al considerar miles de características diferentes de diseños, el modelo puede hacer cosas que de otro modo no podrían realizarse”.
Kinam Park, un profesor de ingeniería biomédica en la Purdue University, en West Lafayette, IN, dice que Edelman es un “pionero” en la modelación de stents recubiertos de medicación, mallas de metal recubiertas de medicación, tales como medicación anti-inflamatoria y anti-cicatrizante. Además de liberar medicación, los stents actúan como soportes físicos para mantener a las arterias abiertas. La medicación tiende a esparcirse por el torrente sanguíneo en proporciones impredecibles, a pesar de todos los esfuerzos por construir compuestos de polímero para controlar la liberación de la medicación. “Hay algunas algunas áreas con demasiada medicación y otras que carecen de medicamento. El tejido puede dañarse y los pacientes pueden morir. El modelo es el primero que prueba los perfiles de liberación de medicamentos de los stents y es crítico para el diseño y desarrollo de stents nuevos y mejores”.
El modelo por ordenador simula la dinámica de la sangre que fluye alrededor del stent a fin de evaluar cómo se libera la medicación desde el stent y se dispersa por la pared arterial. Los investigadores comenzaron con un stent bidimensional y un diseño de vasos y crearon un algoritmo que resuelve las ecuaciones de flujo de fluidos y liberación del medicamento para cada segmento pequeño del stent. Ahora pueden realizar simulaciones en 3-D para mostrar de mejor manera el perfil del stent al liberar la medicación.
“El modelo puede mostrar exactamente cuál es la distribución del medicamente como si fuera una función de tiempo”, dice Park. Así los investigadores pueden modelar los distintos estados de las arterias, visualizando dónde se depositará la medicación y lo que hará.
nEl modelo matemático les permite a los investigadores cambiar los parámetros del programa, tales como las configuraciones del stent, los materiales, las forma de las paredes de los vasos sanguíneos, y las propiedades del flujo de la medicación, para que puedan probar distintas condiciones experimentales. “Creamos un algoritmo automático para que tengamos la flexibilidad para visualizar distintos elementos sin tener que comenzar de cero”, dice Vijaya Kolachalama, un asociado del post-doctorado en HST que trabaja en el programa. (Actualmente sólo hay cuatro diseños de DES que están aprobados por el Departamento de Medicación y Alimentos de Estados Unidos.)
Un simulación que produzca propiedades óptimas de liberación de medicamentos le permitiría a los investigadores saber qué medicación descargar y en qué modo, dice Park. “Es un modelo para elaborar stents de próxima generación”.
El modelo fue “apabullante”, dice Edelman. “Es sorprendente la frecuencia con que los medicamentos no penetran o no se depositan donde se supone que deben hacerlo”. Él compara el flujo sanguíneo en el stent con los rápidos que fluyen sobre una piedra: parte del agua golpea en la base, parte vuela por el aire y vuelve a bajar en vez de fluir sobre la roca. Así que el agua vuelve a circular por la misma área, y eso es lo que hace que el diseño sea de “importancia primordial”.
Partes del modelo del ordenador fueron validados al correlacionar los datos con datos sobre humanos y animales. El trabajo se publicó recientemente en el Journal of Controlled Release y está financiado por el National Instute of Health.
Edelman dice que a medida que los stents se van haciendo más sofisticados, existe una gran brecha entre cómo piensan los investigadores que funcionan los dispositivos y cómo funcionan realmente en modelos animales y humanos. Las pruebas en individuos vivos pueden resultar costosas y consumir tiempo, y en algunos casos, hasta resultar fatales.
Los investigadores del MIT están haciendo presión para que los modelos por ordenador sean parte del proceso de reglamentación del Departamento de Medicación y Alimentos y ofrecieron sus algoritmos a otros para que el software pueda evolucionar.