Tratamientos de Microondas para Enfermedades Cardiacas

Tratamientos de Microondas para Enfermedades Cardiacas

Tratamientos de Microondas para
Enfermedades Cardiacas
Arye Rosen, Arnold J. Greenspon,
y Paul Walinsky
M
otivados por comentarios que se
llevaron a cabo sobre aparatos
médicos de microondas en el IEEE
MTTS-Simposio Internacional de
Microondas en San Francisco en
junio de 2006, fuimos invitados a presentar un
artículo que analizara la historia de la tecnología de
microondas aplicada al tratamiento de enfermedades
cardiacas. Presentamos este artículo como un caso
histórico, cuyo propósito es ilustrar al lector sobre el
largo tiempo que es necesario para implementar un
aparato de microondas para su uso clínico. Con
frecuencia, durante el desarrollo de un concepto y su
posterior implementación, ideas en competencia
prevalecen debido a obstáculos técnicos o
financieros. En algunos casos, el desarrollo original
resulta en aparatos desarrollados en paralelo o para
otras aplicaciones médicas subsecuentes. Por
ejemplo, el sistema de angioplastía de globo con
microondas fue desplazado por el desarrollo del stent
y, subsecuentemente, esta tecnología fue aplicada en
el tratamiento de cáncer e hiperplasia prostática
benigna (BPH).
Arye Rosen (e-mail: [email protected])
School of Biomedical Engineering, Science, and Health Systems, Drexel University, Philadelphia, Pennslyvania.
Arnold J. Greenspon and Paul Walinsky
Thomas Jefferson University, Jefferson Medical College,
Department of Medicine, Philadelphia, Pennsylvania.
Traductor:
Ramón M. Rodríguez-Dagnino (e-mail: [email protected])
Tecnológico de Monterrey, Monterrey N.L. México
Febrero 2007
A principios de 1984, tuvimos la oportunidad de
comentar acerca de la viabilidad del uso de terapia de
microondas en el tratamiento de enfermedades
cardiacas. Desde un principio teníamos claro que la
energía de microondas podría representar una
excelente fuente de calentamiento del volumen, un
mecanismo que ayudaría a ablandar las placas en las
arterias coronarias para crear un stent biológico.
Dicho stent biológico tendría la capacidad de mejorar
significativamente los resultados obtenidos por los
sistemas de globo por sí solos; de igual manera,
confiábamos en que la energía generada por
microondas podría convertir al tejido cardiaco
eléctricamente activo en tejido cardiaco inactivo.
Para establecer la validez de nuestras
suposiciones, tuvimos que realizar pruebas simples
para contestar la siguiente pregunta: ¿Podrá el
corazón ser capaz de soportar altas temperaturas, en
el rango de frecuencia de gigahertz, sin ningún efecto
adverso? Las ondas por microondas nunca antes se
habían aplicado directamente al tejido cardiaco.
Después de escribir un protocolo, se llevaron a cabo
experimentos iniciales para estudiar los efectos de
energía de microondas sobre el corazón. Una fuente
de microondas a 915 MHz (y posteriormente a 2.45
GHz) se conectó a una línea coaxial terminada en una
antena tipo aspa. La antena se puso en contacto con el
tejido cardiaco de un perro en un modelo de pecho
abierto. La Figura 1 muestra el primer procedimiento
de ablación por microondas en el que el músculo
cardiaco fue destruido, creando necrosis de tejidos sin
producir arritmia cardiaca.
Posteriormente, se llevaron a cabo mediciones in
vitro tanto en las arterias coronarias de conejos
adultos blancos de Nueva Zelanda como en arterias
coronarias caninas para investigar la viabilidad de
utilizar un sistema de globo con microondas para
ensanchar el diámetro de una arteria y crear un stent
biológico. La Figura 2 muestra el catéter de
microondas con globo utilizado. La Figura 3 muestra
la imagen lumen de la arteria de un conejo antes
(centro) y después (lados) de la angioplastía de globo
con microondas in vitro. Por último, la Figura 4
muestra la vista lateral de la arteria de un conejo
antes y después de la angioplastía de globo con
microondas.
Como resultado de las pruebas preliminares de
angioplastía de globo con microondas y ablación
cardiaca con microondas, las siguientes dos patentes
fueron solicitadas por los Laboratorios RCA,
Princeton, New Jersey. Posteriormente, éstas fueron
concedidas a este proyecto:
•
•
Patente EUA 4,643,186: “Angioplastía
percutánea transluminal por catéter con
microondas” por Arye Rosen y Paul
Walinsky, con fecha de Febrero 17, 1987.
Patente EUA 4,641,649 “Métodos y
aparatos para ablación de alta frecuencia
por catéter”, por Paul Walinsky, Arye
Rosen y Arnold J. Greenspan, Febrero 10,
1987.
Febrero 2007
Figura 1. Corte histológico de un miocardio
canino posterior a la interrupción térmica por
energía de microondas. (Reimpreso de New
Frontiers in Medical Device Technology,
usado con permiso de Wiley).
Figura 2. Sistema de Globo con Microondas.
(Reimpreso de New Frontiers in Medical
Device Technology, y usado con permiso de
Wiley).
Figura 3. Vista del lumen arterial de un
conejo antes (centro) y después (lados) de la
angioplastía de globo con microondas in vitro.
(Reimpreso de New Frontiers in Medical
Device Technology, usado con permiso de
Wiley).
IEEE microwave magazine 71
El resumen de esta patente describe “un
procedimiento médico para el tratamiento de
taquicardia (frecuencia cardiaca acelerada) o
disritmia cardiaca que utiliza un catéter que incluye
una línea de transmisión coaxial flexible (coax)
terminada en una antena. La antena y el coax se
introducen en una cámara del corazón y la antena se
pone en contacto con la pared del corazón...”
Las Figuras 5 y 6 representan la primera página de
cada una de estas patentes, respectivamente. Estas
dos patentes fueron seguidas
por muchas
publicaciones con autoría de los tres inventores
mencionados anteriormente y de sus colegas del
Jefferson Medical College. Además fueron citadas en
los libros New Frontiers in Medical Device
Technology, editado por Arye Rosen y Harel D.
Rosen, y RF/Microwave Interaction with Biological
Tissues, por Andre Vander Vorst, Arye Rosen, y
Youji Kotsuka. Un ejemplo es el artículo de Arye
Rosen, P. Walinsky “Angioplastía percutánea
transluminal por catéter con microondas”, publicado
en IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques en enero de 1990. Este artículo siguió a
uno de congreso del mismo título. Nuestro objetivo
en ese momento era convencer a los Laboratorios
RCA del valor de la tecnología e interesarlos a que
financiaran futuras investigaciones.
Sin embargo, esto no se logró y no se llevó a cabo
más investigación organizada, aunque los coautores
siguieron investigando la aplicación potencial de
tecnología de microondas.
En 1988, GE compró RCA y el primero pasó a ser
el dueño de las dos patentes.
Se continuaron con las investigaciones en el uso
de angioplastía de globo con microondas una vez que
Baxter Edwards LIS Division compró la licencia de
la Patente EUA 4, 643,186 de GE. Los estudios se
llevaron a cabo en dos escuelas de medicina: Thomas
Jefferson University Medical College en Filadelfia,
Pennsylvania, donde el investigador principal fue el
Dr. Paul Walinsky y en Boston, Massachusetts en
Boston University Medical Center donde el
investigador principal fue el Dr. C. Landau; de igual
manera, Baxter estableció un equipo en Irving,
California, a cargo del Dr. Jin-Son Chou y otro en
MMTC Inc., en Princeton donde el investigador
principal fue el Dr. Fred Sterzer. La colaboración de
estas instituciones resultó en un catéter coaxial único,
de 1.5 mm de diámetro. Este fue el primer catéter de
angioplastía de globo con microondas cuyo propósito
era resolver el problema de re-estenosis presente en
un porcentaje significativo de pacientes posterior a
angioplastía transcoronaria percutánea con globo
(PTCA). El artículo mencionado anteriormente y
publicado en IEEE Transactions on Microwave
Theory and Techniques fue el primero en describir la
aplicación de energía de microondas para el
tratamiento de enfermedades cardiacas.
En 1987, EP Technologies (ahora parte de Boston
Scientific) compró la licencia de la Patente EUA 4,
641,649 de GE. Stuart Edwards, vicepresidente de EP
Technologies, apoyó nuestro trabajo en Thomas
Jefferson University.
Los estudios de investigación iniciales estaban
orientados a la viabilidad del uso de la energía de
microondas a la ablación de arritmias cardiacas por
catéter. Experimentos realizados in vitro y en vivo
confirmaron que la energía de microondas recibida a
través de catéteres especialmente diseñados era capaz
de producir lesiones cardiacas. Se estudiaron tanto
antenas de aspa como helicoidales. La ablación por
catéter con radiofrecuencias (500 – 750 KHz) ya se
había establecido como el tratamiento no
farmacológico de elección para las arritmias
cardiacas refractarias.
El desarrollo de catéteres de ablación con
radiofrecuencia de punta grande (8 mm) y de punta
fría capaces de producir mayores lesiones cardiacas
suplantaron a la investigación en microondas como la
fuente de energía para ablación por catéter.
Figura 4. Vista lateral de una arteria de
conejo(a) antes y (b) después de una
angioplastía de globo con microondas in vitro.
(Reimpreso de New Frontiers in Medical
Device Technology, usado con permiso de
Wiley).
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Febrero 2007
Aunque no se realizaron más estudios, siempre
creímos en el potencial de la técnica de ablación por
microondas para generar lesiones más grandes de una
manera segura. Esperamos que otros grupos estudien
microondas como una potencial fuente de energía y
que la tecnología evolucione para que ésta beneficie a
los pacientes con arritmias.
Estatus de la Investigación
y Patentes en Microondas
Patente EUA 4, 643, 186
Completamos nuestros estudios en modelos animales
y estábamos listos para pruebas en humanos. Se
escribió un protocolo y los estudios se programaron
para empezar en Lille, Francia, en 1990. En ese
tiempo, Baxter decidió retirarse de todos los
esfuerzos en el área de angioplastía de globo en
general, incluyendo nuestra angioplastía de globo por
microondas. Según los resultados obtenidos en
modelos animales, había esperanza de obtener
excelentes resultados en humanos.
En este punto, la tecnología de globos con
microondas habría finalizado de no haber sido por la
creatividad del Dr. Sterzer, quien entendió el
potencial de este tipo de tecnología como una
modalidad terapéutica y empezó a estudiar su uso en
urología así como en otras áreas.
Figura 5. Primera página de la Patente EUA 4, 643, 186 “Angioplastía percutánea transluminal por
catéter con microondas”.
Febrero 2007
IEEE microwave magazine 73
Figura 6. Primera página de la Patente EUA 4, 641, 649, “Métodos y aparatos para ablación de alta
frecuencia por catéter.”
74 IEEE microwave magazine
Febrero 2007
Se obtuvieron las siguientes dos patentes: Patente
EUA 5, 007, 437, 16 de abril de 1991, “Catheter for
treating prostate disease”, por F. Sterzer, autorizada a
Celsion Corporation, Columbia, Maryland (aprobada
por la FDA en 2004) y vendida bajo el nombre
Prolieve Thermodilation System (se han llevado a
cabo más de 15,000 tratamientos a partir del 31 de
diciembre de 2005) y la Patente 5, 992, 419, del 30 de
noviembre de 1999, “Method employing a tissueheating balloon catheter to produce a ‘biological
stent’ in an orifice or vessel of a patient’s body”, por
F. Sterzer y D.D. Mawhinney.
Desde mediados de los años 90, el Dr. Sterzer ha
agregado contribuciones significativas a la tecnología
de microondas con globo, que actualmente se utiliza
en pacientes con BPH benigno; de igual manera, el
Dr. Sterzer y su equipo en MMTC Inc., junto con
Arye Rosen, han iniciado un nuevo estudio utilizando
un sistema de microondas con globo para terapia de
tumores sólidos.
Ablación de microondas de globo
para neoplasias hepáticas
Las técnicas de ablación para el tratamiento de
tumores hepáticos han evolucionado a través de los
últimos años. Esto permite la destrucción de dichos
tumores sin la necesidad de una resección mayor. La
técnica de ablación por microondas con globo puede
crear lesiones térmicas y destruir los tumores
hepáticos; de igual manera, el sistema de microondas
con globo crea cavidades en los tumores sólidos que
permiten la introducción de dosis más altas de
agentes quimioterapéuticos que pueden ser
administrados sistemáticamente de manera segura.
Patente EUA 4, 641,649
La fibrilación auricular, la forma sostenida de
arritmia clínica más común, está asociada con una
tasa de morbilidad y mortalidad significativa [1]. La
técnica quirúrgica más común para tratar esta arritmia
es a través del procedimiento MAZE, desarrollado y
modificado por Cox y colaboradores [2], [3]. Esta
técnica requiere una serie de incisiones auriculares
lineales. Aunque el procedimiento tiene una tasa de
éxito alta, requiere un tiempo operativo extendido y
se asocia con una morbilidad significativa. Por ende,
se han explorado métodos alternativos para crear
lesiones lineales sin incisiones. Se ha utilizado
energía de microondas (2.45 GHz) administrada a
través de un dispositivo quirúrgico para crear lesiones
auriculares lineales similares al procedimiento Cox
MAZE en pacientes con fibrilación auricular [4]-[9].
Estos aparatos han sido aprobados para su uso clínico
tanto en Europa como Estados Unidos.
Se han reportado tasas de efectividad del 70 al 90%.
Hoy, la ablación con microondas se lleva a cabo
frecuentemente de manera conjunta en pacientes con
fibrilación auricular que han sido referidos para
reemplazo de válvulas o cirugía de bypass coronario.
Conclusiones
Agradecemos a quienes nos han ayudado a
desarrollar el concepto original de utilizar energía de
microondas para tratar enfermedades del corazón, así
como aquellos que han aplicado la tecnología en otras
áreas terapéuticas. Más detalles sobre nuestra
investigación se describen en muchos artículos y
presentaciones dados a conocer por nosotros y otros.
Estos se citan en los dos libros mencionados
anteriormente y hemos decidido agregar una lista de
publicaciones que tratan sobre la técnica de ablación
cardiaca de microondas, no incluidas en nuestras
publicaciones y libros anteriores.
Referencias
[1] V. Fuster, L.E. Rydén, D.S. Cannom, et al., “ACC/AHA/ESC
2006 guidelines for the management of patients with atrial
fibrillation— Executive summary: A report of the American College
of Cardiology/American Heart Association Task Force on Practice
Guidelines and the European Society of Cardiology Committee for
Practice Guidelines,” Circulation, vol. 114, no. 7, pp. 257–354, Aug.
2006.
[2] J.L. Cox, “The surgical treatment of atrial fibrillation,” J. Thorac.
Cardiovasc. Surg., vol. 101, no. 4, pp. 584–592, Apr. 1991.
[3] J.L. Cox, N. Ad, T. Palazzo, S. Fitzpatrick, J.P. Suyderhoud,
K.W. DeGroot, E.A. Pirovic, H.C. Lou, W.Z. Duvall, and Y.D. Kim,
“Current status of the MAZE procedure for the treatment of atrial
fibrillation,” Semin. Thorac. Cardiovasc. Surg. vol. 12, no. 1, pp.
15–19, 2000.
[4] M. Knaut, S.M. Tugtekin, S. Spitzer, and V. Gulielmos,
“Combined atrial fibrillation and mitral valve surgery using
microwave technology,” Semin. Thorac. Cardiovasc. Surg., vol. 14,
no. 3, pp. 226–231, July 2002.
[5] M.R.Williams, M. Argenziano, and M.C. Oz, “Microwave
ablation for surgical treatment of atrial fibrillation,” Semin. Thorac.
Cardiovasc. Surg., vol. 14, no. 2, pp. 232–237, July 2002.
[6] T.A. Molloy, “Midterm clinical experience with microwave
surgical ablation of atrial fibrillation,” Ann. Thorac. Surg., vol. 79,
no. 6, pp. 2115–2118, June 2005.
[7] M. Knaut, S.M. Tugtekin, F. Jung, and K. Matschke, “Microwave
ablation for the surgical treatment of permanent atrial fibrillation —
A single center experience,” Eur. J. Cardiothorac. Surg., vol. 26, no.
4, pp. 742–746, Oct. 2004.
[8] W. Wisser, C. Khazen, E. Deviatko, G. Stix, T. Binder, R.
Seitelberger, H. Schmidinger, and E. Wolner, “Microwave and
radiofrequency ablation yield similar success rates for treatment of
chronic atrial fibrillation,” Eur. J. Cardiothorac. Surg., vol. 25, no. 6,
pp. 1011–1017, June 2004.
[9] J.G. Maessen, J.F. Nijs, J.L. Smeets, J. Vainer, and B. Mochtar,
“Beating heart surgical treatment of atrial fibrillation with
microwave ablation,” Ann. Thorac. Surg., vol. 74, no. 4, pp. S1307–
S1311,
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Oct.
2002.
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Notas del Traductor para aclarar algunos términos médicos:
1. Stent es un pequeño dispositivo cilíndrico que se pega a las paredes de las arterias y su
función es evitar que éstas se cierren o colapsen.
2. Ablación se refiere a la extirpación de un tejido por medio de cirugía. Por lo general, se
usa para referirse a una ablación del trombo (coágulo de sangre) que obstruye a una
arteria. Sin embargo, en el tratamiento con microondas, si los médicos ponen demasiada
energía directa al corazón, éste se daña y ya no puede transmitir el impulso eléctrico
asociado al latido del corazón. El tejido se cicatriza y se hace inútil para transmitir
electricidad.
3. Angioplastía es un procedimiento que usualmente se hace con radiografía y catéter
donde se introduce dicho catéter a través de una arteria de la ingle y lo suben hasta una
de las cámaras del corazón (en esta primera parte de la cirugía, los médicos van
tomando radiografías para orientarse) y ya que están en una arteria bloqueada o con
problemas, la desbloquean con un stent o un globo.
4. Estenosis es un estrechamiento de un conducto, que en este caso es lo que se quiere corregir.
5. Médicos introducen un globo desinflado a las arterias y una vez que éste se encuentra
en el sitio apropiado, se infla. La presión que ejerce el globo hacia los lados es lo que
permite abrir la arteria de nuevo.
6. Lumen se refiere al área transversal de la arteria, y los médicos se refieren a ella
simplemente como lumen de la misma.
7. Morbilidad se refiere a todos los efectos no deseados después de una intervención
quirúrgica o tratamiento médico.
8. Re-estenosis ocurre cuando hay un trombo en una arteria, y el espacio que éste ocupa en
el lumen de la arteria la cierra completamente. El objetivo de la angioplastía es eliminar
la estenosis, pero siempre existe la probabilidad de que se vuelva a formar un trombo, y
esto se conoce como re-estenosis. Es decir, se vuelve a cerrar la arteria.
9. Resección es una extracción. Es decir, se refiere a una técnica quirúrgica para extirpar
un tumor. Según se comenta en el artículo, esto se puede evitar con la tecnología de
microondas.
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