Newsletter DPT Nro. 84
ISSN 2618-236X
Mayo / 2023
NOTICIAS CIENTIFICAS
NOTICIAS CIENTIFICAS INTERNACIONALES
Acercar el equipamiento al punto de atención del paciente
Aportes de la tecnología médica
Esta reseña comprende cuatro artículos referidos a aportes tecnológicos para acercar el equipamiento médico requerido a la cama hospitalaria o al domicilio del paciente. El primer artículo (1) trata sobre un escaneador portátil para resonancia magnética. En el segundo (2) se presenta un páncreas artificial para pacientes de diabetes tipo 1. En el tercero (3) se refiere a un sensor electroquímico para punto de atención del paciente. En el cuarto (4) se describe una bioimpresora para construir tejidos directamente dentro del cuerpo del paciente.
1.- Primer artículo: Escaneador portátil para resonancia magnética (1)
La resonancia magnética (RM) permite generar imágenes de órganos, tejidos blandos, huesos, y prácticamente todas las estructuras internas del cuerpo. Presenta las siguientes ventajas sobre otros métodos de imagen: (a) su capacidad multiplanar, con posibilidad de obtener cortes o planos primarios con la perspectiva adecuada; (b) la amplia versatilidad para el manejo del contraste, (c) la elevada resolución de contraste, mucho mayor que en cualquier otro método de imagen, y (d) la ausencia de radiaciones ionizantes.
En los estudios de RM se usa un poderoso electroimán superconductor que conforma un campo magnético estático. La intensidad del campo magnético para obtener imágenes en RM médicas oscila entre 0,012 y 2 Teslas (*). Un escáner estándar tiene un costo de U$S 1.5 millones o más, lo que implica que está fuera del alcance de gran parte de la población mundial. Para quienes tienen acceso, un estudio de RM puede requerir varios días de espera y trasladarse a un establecimiento distante. Con el propósito de acercar la RM al paciente, diversos investigadores se esforzaron -durante años- para construir escáneres con electroimanes más pequeños que producían campos magnéticos de menor intensidad que los de RM estándar. En la actualidad, gracias a los avances en electrónica, en recopilación de datos y en procesamiento de señales, pueden obtenerse imágenes satisfactorias con campos de baja intensidad, aunque con una resolución más baja que la RM estándar.
El artículo aquí reseñado se refiere al escáner Swoop, producido por la empresa Hyperfine, que -en agosto de 2020- fue el primer escáner cerebral con campo de baja intensidad aprobado por la Administración de Drogas y Alimentos (FDA) de EE. UU. El objetivo no es reemplazar a los escáneres con campo de alta intensidad, sino expandir el uso de la RM, con la posibilidad de trasladar el escáner hacia donde se halla el paciente. Puede usarse, por ejemplo, en la UCI neurológica para evaluar rápidamente a pacientes que no están en condiciones de ser trasladados a un escáner convencional. Asimismo, permite que los pacientes obtengan exploraciones de seguimiento más frecuentes.
El imán de un Swoop produce un campo de 64 militesla (*). El escaneo cerebral Swoop es más confortable –física y auditivamente- que el estándar. Sin embargo, dado que la resolución de Swoop equivale a la mitad de la de un escáner estándar, puede pasar por alto detalles que captaría un escáner con campo de alta intensidad. Por tanto, los médicos deben ejercer su juicio al decidir cuándo usar cada tipo de escáner.
(*) El Tesla (T) es la unidad de campo magnético. Un tesla se define como el campo magnético que ejerce una fuerza de 1 N (Newton) sobre una carga de 1 C (Culombio) que se mueve a velocidad de 1 m/s dentro del campo y perpendicularmente a las líneas de campo.
2.- Segundo artículo: Nueva tecnología para un “páncreas artificial”: Una solución para quienes padecen de diabetes tipo 1 (2.!.) (2.2.)
El páncreas produce diversas enzimas para descomponer carbohidratos, proteínas y grasas. También produce hormonas específicas que contribuyen a regular varias funciones corporales; por ejemplo: la insulina controla cómo el azúcar (glucosa) es absorbida por las células del cuerpo. Cuando se dañan las células productoras de insulina en el páncreas, puede desarrollarse diabetes. Las personas con diabetes pueden tener una falta completa de insulina (diabetes tipo 1) o bien no generar suficiente insulina o no poder utilizarla eficazmente (diabetes tipo 2). La diabetes tipo 1 es una enfermedad autoinmune, en la cual son atacadas y destruidas las células del páncreas productoras de insulina, lo que impide un correcto metabolismo de los hidratos de carbono, grasas y proteínas.
En el artículo aquí reseñado se informa sobre un “páncreas artificial” que puede ayudar a las personas con diabetes tipo 1. Se trata de un sistema en circuito cerrado: se inserta un sensor de glucosa debajo de la piel para calcular automáticamente (mediante un algoritmo) cuánta insulina proporcionar a través de una bomba. Con este dispositivo, las personas con diabetes tipo 1 ya no necesitan controlar continuamente los niveles de azúcar en la sangre ni aplicarse inyecciones diariamente. El sistema puede monitorearse también desde teléfonos celulares.
La tecnología fue probada, por primera vez, por el Servicio Nacional de Salud (NHS) del Reino Unido (*) y se la ajustó a cientos de adultos y niños con diabetes tipo 1. Los ensayos permitieron determinar que dicha tecnología resultó la más exitosa entre las actualmente disponibles para controlar la enfermedad. Luego fue aprobada por el Instituto Nacional para la Excelencia Cínica (NICE), pero éste requirió al NHS que concertara un precio más asequible para el dispositivo, más acorde con los recursos del NHS, y con el objetivo de reducir los costos de las intervenciones para diabetes tipo 1.
Mark Chapman, director interino de tecnología médica del NICE, dijo: “Algunas personas que viven con diabetes tipo 1 luchan por controlar su afección,… y esta tecnología es la mejor intervención para ayudarlas”. “En un momento en que el número de personas con diabetes está aumentando, debemos centrarnos en lo que más interesa a las personas que utilizan los servicios del NHS: equilibrar la recomendación de la mejor atención con la relación calidad-precio”.
Otros dispositivos para controlar la diabetes
En junio de 2022, investigadores del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas, ETH Zurich, Suiza, idearon un dispositivo autosuficiente que contiene células humanas modificadas y que puede implantarse directamente bajo la piel. En un modelo de ratón con diabetes tipo 1 se verificó que el implante restablecía los niveles normales de azúcar. “Es un salto cualitativo para fusionar la electrónica con la genética y un impulso inicial para aplicaciones terapéuticas en el mundo real”, dijo en ese momento Martin Fussenegger, investigador y profesor de Biotecnología y Bioingeniería.
En agosto de 2022, ingenieros y colaboradores del Massachusetts Institute of Technology (MIT) desarrollaron otro “páncreas artificial”, un dispositivo robótico blando que evita el tejido cicatricial causado por dispositivos implantables que liberan insulina. En un estudio con ratones demostraron que, cuando se incorporó la activación mecánica en el dispositivo, éste permaneció funcional durante mucho más tiempo que un implante típico para la administración de medicamentos. “Estamos extendiendo la vida útil y la eficacia de estos reservorios implantados que pueden administrar medicamentos como la insulina, y creemos que esta plataforma puede extenderse más allá de esta aplicación“, dijo en ese momento Ellen Roche, Profesor Asociado de Ingeniería Mecánica y miembro del Instituto de Ingeniería y Ciencias Médicas del MIT.
(*) Todo residente en el Reino Unido tiene derecho a recibir atención médica gratuita a través del National Health Service (NHS).
3.- Tercer artículo: Un sensor electroquímico para punto de atención: detecta biomarcadores de diversas patologías (3.1.) (3.2)
La presencia de ciertos biomarcadores en muestras biológicas puede revelar determinadas enfermedades o indicar el progreso de terapias específicas. Pero las actuales técnicas de diagnóstico requieren instalaciones y laboratorios con equipamiento avanzado, con personal calificado y una costosa instrumentación para extraer, transportar, almacenar, procesar y analizar las muestras.
Los dispositivos automatizados para puntos (descentralizados) de atención de pacientes permiten procesar muestras, realizar diagnósticos y proveer respuestas rápidas en esas ubicaciones. Sin embargo, dado que los biomarcadores para algunas enfermedades o infecciones solo están presentes en cantidades muy pequeñas dentro de las muestras, deben usarse técnicas de detección extremadamente sensibles. Si bien el aumento del área de superficie del biosensor puede aumentar la sensibilidad del instrumento, estas superficies tienden a ensuciarse y contaminarse rápidamente, lo que las torna inutilizables.
Con la finalidad de resolver dichas dificultades, el equipo dirigido por el profesor Cho Yoon-Kyoung, del Center for Soft and Living Matter del Institute for Basic Science (IBS) en Ulsan, Corea del Sur, desarrolló recientemente un biosensor que genera superficies nanoestructuradas (que aumentan sustancialmente la sensibilidad) y nanoporosas (resistentes a la suciedad por proteínas). Si bien anteriormente no se disponía de un método para crear sustratos nanoestructurados y nanoporosos, el equipo informó sobre un método simple para generar dichos materiales. El mecanismo se basa en la aplicación de pulsos eléctricos a una superficie plana de oro en presencia de cloruro de sodio y un tensioactivo que puede formar micelas en solución. Estos pulsos eléctricos impulsan una reacción particular que induce el desarrollo de las nanoestructuras y forma los nanoporos.
En el artículo aquí reseñado se muestra que dicho proceso (“seeding”) para la formación de esas nanoestructuras genera una gran superficie que permite aumentar la sensibilidad de los ensayos, mientras que la formación de sustratos de nanoporos evita la contaminación. Los beneficios combinados de las nanoestructuras y los nanoporos resultan clave para el éxito de esta estrategia, que podría aplicarse para el análisis directo de muestras clínicas. Con el propósito de verificar la aptitud de la tecnología para el análisis directo de vesículas extracelulares derivadas de tumores en biofluídos complejos, se construyó un biosensor para detectar cáncer de próstata. Con una pequeña muestra de plasma sanguíneo, el dispositivo resultó lo suficientemente sensible para discriminar entre un grupo con cáncer de próstata y un grupo de donantes sanos.
Dado que esta tecnología no requiere dilución ni preprocesamiento, podría usarse fácilmente para el diagnóstico en el punto de atención. Según el equipo de investigación, “esta tecnología es esencial para el desarrollo futuro de dispositivos de punto de atención y pruebas de diagnóstico con muestras biológicas. La capacidad de detectar bajas concentraciones de biomarcadores relevantes con un satisfactorio rendimiento abre una puerta a las posibilidades en el campo del diagnóstico de cáncer, patógenos y otras enfermedades”.
4.- Cuarto artículo: Bioimpresora de células y tejidos en 3D en el cuerpo humano (4.1.) (4.2.)
Cada año, millones de personas en todo el mundo sufren daños en sus tejidos debido a enfermedades, traumatismos, lesiones y cirugías. La tecnología de bioimpresión 3D con células vivas (“biotintas”) permite hoy crear construcciones vivas en 3D (por ejemplo: parche cardíaco, parche gastrointestinal) para el tratamiento de una variedad de daños, así como para diversas aplicaciones en medicina regenerativa.
En la actualidad, las construcciones vivas en 3D se elaboran, incuban e imprimen en 3D en laboratorio, para su posterior implantación in vivo mediante cirugía de campo abierto. Los principales desafíos de esa bioimpresión 3D externa son: (a) el desajuste entre las construcciones impresas y la superficie del tejido objetivo, (b) posibles daños estructurales durante los procesos de manipulación, transporte y aplicación manual, (c) riesgos de contaminación debido a la exposición directa al entorno circundante, y (d) el requisito de ambientes estrictamente estériles durante el proceso. Por otra parte, los entornos externos de incubación, cultivo e impresión 3D no son comparables con el cuerpo vivo, que sirve como un excelente biorreactor para biomateriales. Las técnicas de bioimpresión directa en los tejidos objetivo se constituyen en una solución prometedora para superar los desafíos asociados con el proceso de incubación, el biorreactor artificial y el desajuste de las superficies.
En el artículo aquí reseñado, ingenieros de la UNSW Sydney, Austalia, describen un dispositivo robótico de bioimpresión 3D multifuncional, adaptable y flexible que han creado -denominado F3DB- que puede imprimir biomaterial directamente para generar construcciones multicapa en órganos y tejidos internos. La bioimpresora F3DB cuenta con un cabezal de impresión de tres ejes, con alto grado de libertad, integrado a un brazo robótico flexible que puede doblarse, torcerse, adaptase y ajustarse con precisión. Cuando se requiere una bioimpresión más delicada o discrecional, la boquilla de impresión puede manipularse manualmente o programarse específicamente para imprimir las formas requeridas. El controlador del dispositivo se basa en aprendizaje automático.
Las capacidades de impresión del F3DB fueron probadas con diferentes patrones y superficies, así como con diferentes hidrogeles y biomateriales. El equipo de investigación mostró también cómo el F3DB podría utilizarse como herramienta quirúrgica endoscópica multipropósito para llevar a cabo una variedad de tareas; por ejemplo, la disección submucosa endoscópica, un procedimiento utilizado para extirpar algunos tumores colorrectales. En comparación con las herramientas quirúrgicas endoscópicas existentes, “el F3DB fue diseñado como una herramienta endoscópica todo en uno que evita el uso de herramientas intercambiables que normalmente se asocian con un tiempo de procedimiento más largo y riesgos de infección”, dijo Mai Thanh Thai. Tras haber recibido una patente provisional, la tecnología ´se está sometiendo a pruebas in vivo en animales para verificar su funcionamiento en situaciones reales.
Referencias
(1) “MRI for all: Portable low-field scanners could revolutionize medical imaging in nations rich and poor—if doctors embrace them”. By Adrian Cho. Science. Vol 379, Issue 6634.23 Feb. 2023. DOI: 10.1126/science.adh2739
(2.1.) Fuente primaria: “Type 1 diabetes: NICE recommends new “artificial pancreas” technology” BMJ 2023; 380 p55. Published 10 January 2023. DOI: 10.1136/bmj.p55
(2.2.) Fuente secundaria: “Major breakthrough: Artificial pancreas successfully treats type 1 diabetes: It has been trailed in the UK and proven effective” By Loukia Papadopoulos.- Interesting Engineering. Innovation. Jan 14, 2023
(3.1.) Fuente primaria: “SEEDING to Enable Sensitive Electrochemical Detection of Biomarkers in Undiluted Biological Samples” Jonathan Sabaté del Río, Hyun-Kyung Woo, Juhee Park, Hong Koo Ha, Jae-Ryong Kim, Yoon-Kyoung Cho. Advanced Materials. Research Article. First published: 15 April 2022. DOI: 10.1002/adma.202200981
(3.2.) Fuente secundaria: “Electrochemical Biosensor Detects Prostate Cancer” Technology Netwirks, News. Published: May 18, 2022. | Original story from the Institute for Basic Science
(4.1.) Fuente primaria: “Advanced Soft Robotic System for In Situ 3D Bioprinting and Endoscopic Surgery” Mai Thanh Thai, Phuoc Thien Phan, Hien Anh Tran, Chi Cong Nguyen, Trung Thien Hoang, James Davies, Jelena Rnjak-Kovacina, Hoang-Phuong Phan, Nigel Hamilton Lovell, Thanh Nho Do. Advanced Science. Research Article. Open Access. 19 February 2023. DOI: 10.1002/advs.202205656
(4.2.) Fuente secundaria: “Watch: 3D printing living cells inside human body becomes a reality: The soft robot F3DB was tested inside an artificial colon and a pig’s kidney” By Nergis Firtina. Interesting Engineering. Health. Feb 28, 2023
