Nuevo dispositivo portátil mide el tamaño cambiante de los tumores debajo de la piel

Ingenieros del Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad de Stanford han creado un pequeño dispositivo autónomo con un sensor estirable/flexible que se puede adherir a la piel para medir el tamaño cambiante de los tumores debajo. El dispositivo no invasivo que funciona con batería es sensible a una centésima de milímetro (10 micrómetros) y puede transmitir resultados a una aplicación de teléfono inteligente de forma inalámbrica en tiempo real con solo presionar un botón.

En términos prácticos, dicen los investigadores, su dispositivo, denominado FAST por «Sensor autónomo flexible que mide tumores», representa una forma completamente nueva, rápida, económica, manos libres y precisa de probar la eficacia de los medicamentos contra el cáncer. A mayor escala, podría conducir a nuevas direcciones prometedoras en el tratamiento del cáncer.

Cada año, los investigadores prueban miles de posibles medicamentos contra el cáncer en ratones con tumores subcutáneos. Pocos llegan a los pacientes humanos, y el proceso para encontrar nuevas terapias es lento porque las tecnologías para medir la regresión tumoral del tratamiento farmacológico tardan semanas en leer una respuesta. La variación biológica inherente de los tumores, las deficiencias de los enfoques de medición existentes y los tamaños de muestra relativamente pequeños hacen que las pruebas de detección de drogas sean difíciles y laboriosas.

«En algunos casos, los tumores bajo observación deben medirse a mano con calibradores», dice Alex Abramson, primer autor del estudio y reciente posdoctorado en el laboratorio de Zhenan Bao en la Escuela de Ingeniería de Stanford y ahora profesor asistente. en Georgia Tech. El uso de calibradores metálicos con forma de pinza para medir los tejidos blandos no es ideal, y los enfoques radiológicos no pueden brindar el tipo de datos continuos necesarios para la evaluación en tiempo real. FAST puede detectar cambios en el volumen del tumor en la escala de tiempo de un minuto, mientras que las mediciones de calibre y bioluminiscencia a menudo requieren períodos de observación de semanas para leer los cambios en el tamaño del tumor.

El sensor de FAST está compuesto por un polímero similar a la piel flexible y estirable que incluye una capa incrustada de circuitos de oro. Este sensor está conectado a una pequeña mochila electrónica diseñada por los ex postdoctorados y coautores Yasser Khan y Naoji Matsuhisa. El dispositivo mide la tensión en la membrana, cuánto se estira o se encoge, y transmite esos datos a un teléfono inteligente. Usando la mochila FAST, las terapias potenciales que están vinculadas a la regresión del tamaño del tumor pueden excluirse rápida y confiablemente como ineficaces o acelerarse para estudios adicionales.

Los investigadores dicen que el nuevo dispositivo ofrece al menos tres avances significativos. En primer lugar, proporciona un seguimiento continuo, ya que el sensor está físicamente conectado al ratón y permanece en su lugar durante todo el período experimental. En segundo lugar, el sensor flexible envuelve el tumor y, por lo tanto, puede medir cambios de forma que son difíciles de discernir con otros métodos. En tercer lugar, FAST es autónomo y no invasivo. Está conectado a la piel, como una curita, funciona con pilas y se conecta de forma inalámbrica. El ratón es libre de moverse sin las trabas del dispositivo o los cables, y los científicos no necesitan manipular activamente a los ratones después de la colocación del sensor. Los paquetes FAST también son reutilizables, su ensamblaje cuesta solo $ 60 o más y se pueden conectar al mouse en minutos.

El avance está en el material electrónico flexible de FAST. Revestida sobre el polímero similar a una piel hay una capa de oro que, cuando se estira, desarrolla pequeñas grietas que cambian la conductividad eléctrica del material. Estire el material y aumentará el número de grietas, lo que hará que aumente también la resistencia electrónica en el sensor. Cuando el material se contrae, las fisuras vuelven a entrar en contacto y mejora la conductividad.

Tanto Abramson como el coautor Naoji Matsuhisa, profesor asociado de la Universidad de Tokio, caracterizaron cómo la propagación de grietas y los cambios exponenciales en la conductividad pueden equipararse matemáticamente con cambios en la dimensión y el volumen.

Un obstáculo que los investigadores tuvieron que superar fue la preocupación de que el propio sensor pudiera comprometer las mediciones al aplicar una presión indebida al tumor, comprimiéndolo de manera efectiva. Para eludir ese riesgo, combinaron cuidadosamente las propiedades mecánicas del material flexible con la piel para hacer que el sensor fuera tan flexible como la piel real.

«Es un diseño engañosamente simple», dice Abramson, «pero estas ventajas inherentes deberían ser muy interesantes para las comunidades farmacéutica y oncológica. FAST podría acelerar, automatizar y reducir significativamente el costo del proceso de detección de terapias contra el cáncer».