Nuevo sistema mide el sodio en sangre sin agujas

La radiación de terahercios, ubicada entre las microondas y la región del infrarrojo medio del espectro electromagnético, es particularmente adecuada para uso biológico debido a su baja energía, seguridad tisular, dispersión mínima en comparación con el infrarrojo cercano y la luz visible, y su sensibilidad a la estructura y función biológicas.

A pesar de estas ventajas, la espectroscopia de terahercios se enfrenta a dos desafíos importantes en entornos biomédicos: la dificultad de detectar moléculas más allá del agua en muestras complejas y la penetración limitada a través de capas gruesas de tejido necesarias para la detección interna. Para abordar estos problemas, los investigadores han creado un nuevo sistema que combina la detección optoacústica con la espectroscopía de terahercios, con el fin de permitir un monitoreo no invasivo y a largo plazo del sodio en sangre.

Investigadores de la Universidad de Tianjin (Tianjin, China) han desarrollado un sistema optoacústico multiespectral de terahercios capaz de monitorizar las concentraciones de sodio en ratones vivos durante periodos prolongados sin necesidad de etiquetado. Sus hallazgos, publicados en la revista Optica, también incluyen resultados alentadores de pruebas preliminares con voluntarios humanos. Este trabajo forma parte de una iniciativa más amplia para aplicar la tecnología de terahercios en entornos biomédicos mediante métodos optoacústicos.

Un objetivo importante de esta iniciativa es abordar la interferencia de señales causada por la fuerte absorción de ondas de terahercios por parte del agua. Para abordar esto, el equipo diseñó un sistema modular que dirige la radiación de terahercios a la muestra. A medida que la muestra absorbe esta energía, los iones de sodio unidos a las moléculas de agua vibran y generan ondas de ultrasonido, que luego son capturadas por un transductor ultrasónico. Este proceso, conocido como detección optoacústica, convierte la energía absorbida de los terahercios en señales acústicas medibles.

Al validar su sistema, los investigadores demostraron que podía rastrear aumentos en los niveles de sodio en los vasos sanguíneos bajo la piel de ratones vivos en cuestión de milisegundos y mantener ese seguimiento durante más de media hora. Las mediciones se realizaron a través del oído, con la piel enfriada a 8 °C para minimizar el ruido optoacústico de fondo del agua.

El equipo también demostró que el sistema podía diferenciar rápidamente entre concentraciones altas y bajas de sodio en muestras de sangre humana. Además, realizaron con éxito mediciones no invasivas de los niveles de iones de sodio en los vasos sanguíneos de las manos de individuos sanos. La señal optoacústica resultante se correlacionó con la cantidad de flujo sanguíneo subcutáneo, incluso sin enfriamiento cutáneo.

Aunque se requiere mayor desarrollo, estos hallazgos indican que el sistema tiene potencial para la monitorización no invasiva en tiempo real. Los investigadores señalan que adaptar esta tecnología para uso clínico implicará identificar zonas de detección óptimas en el cuerpo, como el interior de la boca, que puedan tolerar un enfriamiento rápido y producir señales potentes con mínima interferencia del agua. Además, están investigando técnicas alternativas de procesamiento de señales que podrían eliminar la necesidad de enfriamiento, lo que podría hacer que el método sea más viable para el diagnóstico clínico rutinario.

“La tecnología optoacústica de terahercios representa un avance revolucionario para las aplicaciones biomédicas al superar eficazmente la barrera de absorción de agua que históricamente ha limitado estas aplicaciones”, afirmó Zhen Tian, líder del equipo de investigación de la Universidad de Tianjin. “La importancia de este trabajo va mucho más allá de la detección de sodio en sangre. Esta tecnología permite identificar diversas biomoléculas, como azúcares, proteínas y enzimas, al reconocer sus características únicas de absorción de terahercios”.

Enlaces relacionados:
Universidad de Tianjin