Sensor de vibración implantable monitorea continuamente la inflamación

Existen varios sensores disponibles para detectar moléculas pequeñas como la glucosa y los electrolitos de forma continua, aunque el diseño de sensores para proteínas (que son más grandes y complejas) plantea mayores desafíos. Los científicos suelen recurrir a receptores de ADN que se unen a las proteínas y las extraen de los biofluidos para detectar proteínas en los fluidos biológicos. Sin embargo, estos receptores son demasiado eficaces; su unión similar al Velcro es tan fuerte que, incluso con la regeneración pasiva, pueden retener las proteínas durante más de 20 horas, lo que impide la medición en tiempo real de las fluctuaciones de las proteínas en el torrente sanguíneo. En respuesta, los científicos han desarrollado un nuevo dispositivo implantable capaz de monitorear los niveles de proteínas en tiempo real. En estudios de prueba de concepto, los sensores detectaron con precisión y sensibilidad biomarcadores proteicos relacionados con la inflamación en ratas diabéticas. Este avance podría permitir la gestión y prevención en tiempo real de enfermedades tanto agudas como crónicas mediante el seguimiento de proteínas críticas como las citocinas en la inflamación o los marcadores proteicos en la insuficiencia cardíaca.

Inspirados por el proceso natural de la caída de la fruta de las ramas de los árboles, los investigadores de la Universidad Northwestern (Evanston, Illinois, EUA) diseñaron un dispositivo hecho de cadenas de ADN que se unen a las proteínas, las sacuden y luego capturan más proteínas. Esta innovación permite al dispositivo rastrear las fluctuaciones en los niveles de proteínas a lo largo del tiempo, como los cambios en los marcadores inflamatorios. Los sensores a nanoescala se asemejan a filas de péndulos bulbosos, cada uno compuesto por un cordón de ADN de doble cadena. Un extremo de la cadena de ADN está unido a un electrodo, mientras que el otro se une a una proteína objetivo. Al aplicar un campo eléctrico alterno, los sensores similares a péndulos oscilan hacia adelante y hacia atrás, desprendiendo proteínas en un minuto y capturando otras nuevas.

Después de observar la funcionalidad del dispositivo en el laboratorio, el equipo pasó a probarlo en animales vivos. Crearon un microdispositivo implantable que albergaba los electrodos y sensores dentro de una microaguja de tan solo tres cabellos humanos de grosor. Similar a un monitor continuo de glucosa, este dispositivo se coloca sobre la piel con la microaguja insertada para tomar muestras de fluidos corporales. Los investigadores diseñaron sensores para apuntar específicamente a dos citocinas, que son marcadores clave de inflamación, e implantaron el dispositivo en ratas diabéticas. Dado el fuerte vínculo entre la diabetes y la inflamación, que causa muchas complicaciones relacionadas con la diabetes, esta configuración permitió el monitoreo en tiempo real de los niveles de citocinas. Los sensores detectaron con precisión las fluctuaciones en los niveles de citocinas cuando las ratas ayunaban o recibían insulina, observándose una disminución en las concentraciones de citocinas. Cuando se inyectó a las ratas una sustancia que estimulaba su sistema inmunológico, los niveles de citocinas aumentaron.

El estudio, publicado en la revista Science, demostró que los sensores eran tan sensibles que cada vez que una rata recibía una inyección de insulina, el dispositivo detectaba un breve pico de inflamación en el punto de inserción de la aguja. Las mediciones del sensor también se alinearon con las de los métodos de laboratorio de referencia para detectar proteínas en fluidos corporales, lo que valida su eficacia. Aunque el dispositivo se utilizó para monitorear la inflamación en este estudio, los investigadores planean expandir sus aplicaciones para rastrear otros marcadores proteicos, como el péptido natriurético tipo B (BNP), una proteína asociada con la insuficiencia cardíaca. Actualmente, los médicos utilizan el BNP para diagnosticar y monitorear la insuficiencia cardíaca, pero no existe un método de monitoreo continuo en tiempo real para este marcador proteico.

“Si usted tiene insuficiencia cardíaca, es posible que vaya al médico cada tres meses”, dijo Shana O. Kelley, de Northwestern, quien dirigió el estudio. “Pero, como ocurre con la mayoría de las enfermedades, los síntomas aparecen entre las visitas al médico. Si un paciente no se siente bien, no es inmediatamente obvio que se debe a una insuficiencia cardíaca. Con un monitor continuo, cuando el paciente no se siente bien, el médico podría consultar sus datos y comprobar sus niveles de BNP. Luego, se podrían ajustar los medicamentos antes de que los síntomas empeoren. Esperamos que algún día esta tecnología beneficie a muchas personas, de manera similar al impacto positivo que ha tenido el monitoreo continuo de glucosa en la actualidad. Podría ser la medida preventiva definitiva”.

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