El sensor portátil podría guiar la dosificación precisa de medicamentos

Para algunos de los medicamentos poderosos que se usan para combatir las infecciones y el cáncer, solo hay una pequeña diferencia entre una dosis curativa y una dosis lo suficientemente grande como para causar efectos secundarios peligrosos. Pero predecir ese margen es un desafío persistente porque diferentes personas reaccionan de manera diferente a los medicamentos, incluso a la misma dosis.

Actualmente, los médicos pueden calibrar la cantidad de medicamento que administran en parte extrayendo sangre para probar la cantidad de medicamento en el cuerpo de un paciente. Pero los resultados de esas pruebas a menudo tardan un día en procesarse y solo miden la dosis en uno o dos momentos, por lo que no ayudan mucho a la hora de determinar cómo ajustar las cantidades de dosis en tiempo real.

Ahora, un equipo de investigación dirigido por UCLA ha desarrollado un parche portátil que utiliza microagujas de bajo costo para analizar el líquido entre las células a menos de un milímetro debajo de la piel y registrar continuamente las concentraciones de medicamentos en el cuerpo. La tecnología podría ser un paso hacia la mejora de la capacidad de los médicos para administrar dosis precisas de medicamentos.

En un estudio publicado en Avances de la ciencia, los investigadores probaron el sistema en ratas que habían sido tratadas con antibióticos. Usando los datos tomados por el dispositivo dentro de los 15 minutos posteriores a la administración del medicamento, los investigadores pronosticaron de manera confiable la cantidad total de ese medicamento que se administraría efectivamente al sistema del animal.

«Esta tecnología de microagujas de biodetección avanza en muchos aspectos diferentes de la medicina personalizada», dijo Sam Emaminejad, autor principal y correspondiente del artículo, miembro del Instituto de Nanosistemas de California en UCLA.

«Puede permitirnos mejorar los tratamientos al optimizar la dosis del fármaco para cada individuo, y es económico, por lo que todos podrían beneficiarse de esta solución. Además, puede permitirnos informar la atención midiendo no solo las moléculas del fármaco sino también las moléculas que se encuentran de forma natural en el cuerpo que son relevantes para la salud, ofreciendo un nuevo formato para el control de la salud portátil».

Emaminejad también es profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la Escuela de Ingeniería Samueli de la UCLA y director del Laboratorio de Bioelectrónica Interconectada e Integrada.

La capacidad de medir con precisión la dosis de un fármaco también podría ampliar las opciones de los médicos para tratar a sus pacientes. Hoy en día, los médicos evitan recetar algunos medicamentos que pueden ser muy efectivos en la dosis adecuada pero tóxicos o incluso fatales en una dosis demasiado alta. Permitirles administrar esos medicamentos de manera más segura también puede ayudar a mitigar la creciente resistencia de las bacterias peligrosas a los antibióticos.

«La crisis emergente de resistencia a los antibióticos microbianos se debe en parte al uso ineficaz de los antibióticos, incluidas las malas elecciones de medicamentos», dijo el neumólogo pediátrico de la Universidad de Stanford, Carlos Milla, coautor del estudio. «A menudo, esto se debe a las dificultades de administrar los medicamentos más efectivos para evitar toxicidades graves. Este sensor ciertamente abre la posibilidad de una gran precisión y confianza al usar los medicamentos más efectivos».

El parche, de aproximadamente un cuarto de pulgada de diámetro, detecta drogas utilizando hebras de ADN diseñadas llamadas aptámeros. Cuando un aptámero entra en contacto con una molécula diana específica, cambia de forma. En el dispositivo, un extremo de los aptámeros está anclado a nanopartículas de oro depositadas en la microaguja. El otro extremo de los aptámeros está unido a moléculas especiales que producen señales medibles cuando los aptámeros cambian de forma.

La parte expuesta de las microagujas, que se fabrican recortando agujas de acupuntura de grado clínico, tiene solo medio milímetro de largo.

Los investigadores evaluaron el dispositivo en ratas utilizando tres dosis diferentes del antibiótico tobramicina. Descubrieron que las mediciones del parche de las concentraciones de drogas se correlacionaban con las producidas por los análisis de sangre convencionales. La medición del parche de la concentración máxima del fármaco en el cuerpo, que ocurre en los primeros 12 a 20 minutos después de la administración de una dosis, podría usarse para predecir la cantidad de medicamento que se administra efectivamente al cuerpo en el transcurso de una hora o más. .

«Estos experimentos no solo demostraron que las lecturas de nuestros sensores son confiables, sino que también validaron nuestros modelos para correlacionar mediciones mínimamente invasivas con la concentración de fármaco que circula en la sangre», dijo el autor principal Shuyu Lin, ex miembro del laboratorio de Emaminejad que recientemente obtuvo su doctorado de la UCLA.

Los autores estiman que los materiales para producir el parche costarían menos de $2 por unidad, lo que sugiere que podría fabricarse de manera rentable a gran escala. Los estudios futuros se centrarán en optimizar el parche y analizar más a fondo su seguridad, antes de pasar a los ensayos clínicos.