Un equipo de ingenieros de la Universidad de California en San Diego ha desarrollado un parche electrónico que puede monitorear biomoléculas en tejidos profundos, incluida la hemoglobina. Esto brinda a los profesionales médicos un acceso sin precedentes a información crucial que podría ayudar a detectar afecciones potencialmente mortales, como tumores malignos, disfunción de órganos, hemorragias cerebrales o intestinales y más.
«La cantidad y la ubicación de la hemoglobina en el cuerpo brindan información crítica sobre la perfusión sanguínea o la acumulación en lugares específicos. Nuestro dispositivo muestra un gran potencial en el monitoreo cercano de grupos de alto riesgo, lo que permite intervenciones oportunas en momentos urgentes», dijo Sheng Xu, profesor. de nanoingeniería en UC San Diego y autor correspondiente del estudio.
El artículo, «Un parche fotoacústico para imágenes tridimensionales de la hemoglobina y la temperatura central», se publica en la edición del 15 de diciembre de 2022 de Comunicaciones de la naturaleza.
La perfusión sanguínea baja dentro del cuerpo puede causar disfunciones orgánicas graves y está asociada con una variedad de dolencias, incluidos ataques cardíacos y enfermedades vasculares de las extremidades. Al mismo tiempo, la acumulación anormal de sangre en áreas como el cerebro, el abdomen o los quistes pueden indicar una hemorragia cerebral o visceral o tumores malignos. El monitoreo continuo puede ayudar al diagnóstico de estas condiciones y ayudar a facilitar intervenciones oportunas y potencialmente salvadoras de vidas.
El nuevo sensor supera algunas limitaciones significativas en los métodos existentes de monitoreo de biomoléculas. La resonancia magnética nuclear (RMN) y la tomografía computarizada por rayos X se basan en equipos voluminosos que pueden ser difíciles de adquirir y, por lo general, solo brindan información sobre el estado inmediato de la molécula, lo que los hace inadecuados para el monitoreo de biomoléculas a largo plazo.
«El monitoreo continuo es fundamental para las intervenciones oportunas para evitar que las condiciones que amenazan la vida empeoren rápidamente», dijo Xiangjun Chen, estudiante de doctorado en nanoingeniería en el grupo Xu y coautor del estudio. «Los dispositivos portátiles basados en electroquímica para la detección de biomoléculas, sin limitarse a la hemoglobina, son buenos candidatos para aplicaciones de monitoreo portátiles a largo plazo. Sin embargo, las tecnologías existentes solo logran la capacidad de detección de la superficie de la piel».
El parche portátil nuevo, flexible y de bajo factor de forma se adhiere cómodamente a la piel, lo que permite una monitorización no invasiva a largo plazo. Puede realizar un mapeo tridimensional de la hemoglobina con una resolución espacial submilimétrica en tejidos profundos, hasta centímetros debajo de la piel, en comparación con otros dispositivos electroquímicos portátiles que solo detectan las biomoléculas en la superficie de la piel. Puede lograr un alto contraste con otros tejidos. Debido a su selectividad óptica, puede ampliar el rango de moléculas detectables, integrando diferentes diodos láser con diferentes longitudes de onda, junto con sus posibles aplicaciones clínicas.
El parche está equipado con conjuntos de diodos láser y transductores piezoeléctricos en su matriz de polímero de silicona blanda. Los diodos láser emiten láseres pulsados en los tejidos. Las biomoléculas en el tejido absorben la energía óptica e irradian ondas acústicas al medio circundante.
«Los transductores piezoeléctricos reciben las ondas acústicas, que se procesan en un sistema eléctrico para reconstruir el mapeo espacial de las biomoléculas emisoras de ondas», dijo Xiaoxiang Gao, investigador postdoctoral en el laboratorio de Xu y coautor del estudio.
«Con sus pulsos de láser de baja potencia, también es mucho más seguro que las técnicas de rayos X que tienen radiación ionizante», dijo Hongjie Hu, investigador postdoctoral en el grupo Xu y coautor del estudio.
Basado en su éxito hasta el momento, el equipo planea desarrollar aún más el dispositivo, incluida la reducción del sistema de control de back-end a un dispositivo de tamaño portátil para la conducción de diodos láser y la adquisición de datos, ampliando en gran medida su flexibilidad y utilidad clínica potencial.
También planean explorar el potencial del dispositivo portátil para monitorear la temperatura central. «Debido a que la amplitud de la señal fotoacústica es proporcional a la temperatura, hemos demostrado el monitoreo de la temperatura central en experimentos ex vivo», dijo Xu. «Sin embargo, validar el control de la temperatura central en el cuerpo humano requiere una calibración intervencionista».
Continúan trabajando con los médicos para buscar más aplicaciones clínicas potenciales.
El trabajo fue apoyado en parte por el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea bajo el número de acuerdo FA8650-18-2-5402, y las subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud 1R21EB025521-01 (SX), 1R21EB027303-01A1 (SX) y 3R21EB027303-02S1 (SX) .
