Desarrollo de un tubo entrotraqueal, funcionalizado co nanopartículas de plata y cambio de geometría del neumotaponador para evitar la neumonía asociada a la ventilación mecánica: modelo preclínico.

Contexto: La neumonía asociada al ventilador mecánico (NAV) es una condición común en las unidad de cuidado intensivo (UCI) y desfavorable para el resultado final del paciente gravemente enfermo que requiere soporte ventilatorio en la unidad de cuidados intensivos. El principal factor de riesgo para que ocurra la neumonía asociada al ventilador es el tubo endotraqueal (TET) ya que altera las funciones de defensa de la vía aérea superior y no hace un sello seguro entre el neumotaponador y la mucosa de la tráquea permitiendo el deslizamiento de las secreciones acumuladas en la base superior del neumotaponador, favoreciendo la colonización bacteriana y la formación de biopelícula en la superficie del TET. A pesar de existir toda una variedad de estudios orientados a la mejora del TET que impacten favorablemente la prevención de la NAV, en la actualidad no existe un diseño de un neumotaponador ensamblado en un TET que permita un sello efectivo con la tráquea que evite el desplazamiento de las secreciones acumuladas a través de la mucosa traqueal.

Propósito: En esta tesis doctoral se propone el desarrollo de un sistema de sellado de un TET mediante técnicas de prototipado rápido que evite el deslizamiento de las secreciones acumuladas hacia las vías respiratorias inferiores, provocando una neumonía. Esto implica proponer nuevas configuraciones geométricas para disminuir la micro aspiración y modificar el material de la pared del neumotaponador, funcionalizado con nanopartículas de plata conocidas por sus propiedades antibacterianas, que eviten la formación de la colonización bacteriana.
 
Metodología general: Para desarrollar el sistema de sellado del neumotaponador se aplicaron diferentes metodologías de diseño y técnicas de manufactura digital como impresión 3D, inyección y rotomoldeo para obtener una variedad de prototipos con una mayor rapidez y precisión para ser probados. También se realizó una funcionalización de la superficie del neumotaponador y del TET con nanopartículas de plata sintetizadas químicamente. Se verificó el tipo de modificación química con diferentes técnicas de caracterización físico-químicas, además, se evaluó el efecto citotóxico y antibacteriano en las cepas Klebsiella pneumoniae y Pseudomona aeruginosa. Estos prototipos fueron probados tanto en simuladores de vía aérea como en modelos in vivo, imitando diferentes escenarios que se dan en la tráquea, con los flujos de aire y acumulación de secreciones, hasta obtener un mejor prototipo evaluado con los siguientes criterios: facilidad para entubación, mejor sellamiento y evitar la filtración de líquido a través de sus paredes. Para el modelo in vivo fueron evaluados seis cerdos de línea comercial sometidos a simulación de un paciente en cuidado crítico con ventilación mecánica durante 72 horas, validando sellamiento, permeabilidad, seguridad, colonización, y neumonía asociada a la ventilación mecánica.

Resultados: Según los hallazgos expuestos en esta tesis, se logró el desarrollo de un diseño tipo diafragma ensamblado a un TET, con una geometría disruptiva sin necesidad de un volumen de inflado como lo requiere un neumotaponador de los tubos actuales. El diseño tiene un ángulo cóncavo que sirve de receptor de las secreciones sin que se rebose por la aspiración intermitente; pero además con un componente superior circular que se mantiene adosado a la pared de la tráquea evitando la fuga retrograda de aire y la micro aspiración por los bordes de la pared traqueal .
 
Impacto: La Neumonía asociada al ventilador mecánico ha sido identificada como un problema crítico en la salud respiratoria, en parte atribuida al diseño del TET utilizado. Para abordar este problema, se planteó una investigación interdisciplinaria que involucra diferentes saberes de bioingeniería, diseño, manufactura digital, modelos computacionales, nanotecnología, microbiología y medicina veterinaria, con el objetivo de desarrollar un nuevo TET. Este dispositivo, caracterizado por un ensamblaje tipo diafragma con una geometría disruptiva, busca prevenir la micro aspiración y garantizar niveles de seguridad comparables a los dispositivos comerciales actuales. Se espera que este avance contribuya significativamente a la reducción de la neumonía asociada al ventilador, disminuyendo la morbi-mortalidad en pacientes críticos, la estancia en la UCI, los costos y la exposición prolongada a antibióticos para prevenir la resistencia bacteriana. Esta iniciativa doctoral resalta la importancia de la investigación integrativa y el uso de tecnologías de prototipado rápido para el desarrollo de dispositivos personalizados y la planificación de procedimientos quirúrgicos, con el objetivo último de mejorar la calidad de la atención médica en salud respiratoria.