Nuevo dispositivo portátil cambia de color para detectar marcadores de enfermedad temprana en el sudor del recién nacido

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Un equipo de investigación dirigido por la Universidad Northwestern ha desarrollado un nuevo adhesivo montado en la piel que absorbe el sudor y luego cambia de color para proporcionar un diagnóstico preciso y fácil de leer de la fibrosis quística en minutos.

Si bien la medición de los niveles de cloruro en el sudor para diagnosticar la fibrosis quística es estándar, el “adhesivo para el sudor” suave, flexible y similar a la piel ofrece un marcado contraste con las tecnologías de diagnóstico actuales, que requieren un dispositivo rígido y voluminoso con muñequera para recolectar el sudor.

Después de desarrollar el adhesivo para el sudor en Northwestern, los investigadores lo validaron en ensayos clínicos piloto en los que participaron pacientes con fibrosis quística y voluntarios sanos en el Cystic Fibrosis Center del Ann & Robert H. Lurie Children’s Hospital en Chicago. El adhesivo mostró un rendimiento mejorado en el volumen de sudor recogido y una precisión equivalente a las plataformas tradicionales.

Los resultados de la investigación y el estudio se publicarán el 31 de marzo como artículo de portada de la revista. Medicina científica traslacional.

Adhiriéndose suavemente al cuerpo, el adhesivo de un milímetro de espesor crea un contacto directo pero suave con la piel sin adhesivos agresivos. Esto no solo hace que el adhesivo sea más cómodo e imperceptible para el usuario, sino que este acoplamiento íntimo también permite que el adhesivo acumule un 33% más de sudor que los métodos clínicos actuales. La velocidad de recolección rápida asegura que una prueba recolecte de manera consistente una muestra lo suficientemente grande como para proporcionar un resultado preciso.

El adhesivo también tiene sensores de color incorporados que detectan, miden y analizan la concentración de cloruro en tiempo real utilizando la cámara de un teléfono inteligente, evitando la necesidad de costosos equipos de laboratorio y los insoportables tiempos de espera. Esto abre posibilidades para realizar pruebas fuera de los hospitales en el hogar, lo que podría brindar alivio a los padres en áreas rurales o de escasos recursos que no tienen acceso a centros clínicos con herramientas de diagnóstico especializadas.

El pionero de la electrónica biointegrada, John A. Rogers, dirigió el desarrollo del dispositivo. Rogers es profesor Louis Simpson y Kimberly Querrey de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Ingeniería Biomédica y Cirugía Neurológica en la Escuela de Ingeniería McCormick y la Escuela de Medicina Feinberg y director del Instituto Querrey Simpson de Bioelectrónica (QSIB). Tyler Ray, quien era investigador postdoctoral en el laboratorio de Rogers en el momento de la investigación, es el primer autor del artículo. Ahora es profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de Hawaii en Manoa.

Desafíos en la colección de sudor

La enfermedad genética más común que acorta la vida, la fibrosis quística, afecta a uno de cada 3.300 nacimientos en los Estados Unidos y a 70.000 personas en todo el mundo. Los resultados prometedores dependen completamente del diagnóstico precoz. A medida que la enfermedad ataca el sistema digestivo, los pacientes pueden sufrir una desnutrición grave si no reciben tratamiento poco después del nacimiento.

Todos los recién nacidos se someten a pruebas de detección de fibrosis quística durante los primeros días de vida mediante una punción en el talón. Si la pantalla es anormal, los pediatras solicitan una prueba de sudor para confirmar el diagnóstico. Durante la prueba de sudor, su hijo debe usar el dispositivo rígido con correa para la muñeca hasta por 30 minutos. A veces, a los niños más pequeños les resulta difícil producir suficiente sudor para la prueba. Otras veces, el dispositivo colector de sudor suelto e inadecuado no puede recolectar una muestra lo suficientemente grande. En estos casos, el niño debe repetir la prueba en un momento posterior, lo que induce ansiedad y retrasa el tratamiento.

“Algunos padres llevan a sus bebés a pruebas y los envían a casa sin un resultado confirmado porque el dispositivo no ha podido recolectar suficiente sudor”, dijo la coautora del estudio, la Dra. Susanna McColley, experta en fibrosis quística y neumóloga pediátrica de Lurie. Children’s Hospital y Northwestern Medicine. . “Se van a casa sin saber si su bebé tiene una enfermedad grave o no, y su bebé aún no puede comenzar el tratamiento. Puede ser doloroso”.

Colaboración inesperada

Como ex directora del laboratorio de química clínica en Lurie Children’s, Shannon Haymond ha sido testigo de este escenario demasiadas veces. Debido al mal ajuste y ajuste de los dispositivos de recolección rígidos en los brazos de los niños pequeños, muchas familias han experimentado retrasos en los hallazgos y el diagnóstico.

En el otoño de 2016, el laboratorio de Rogers introdujo un sensor de piel flexible que puede recolectar y analizar el sudor en tiempo real para monitorear la salud. Después de leer el artículo, Haymond vio de inmediato el potencial del nuevo dispositivo de fibrosis quística.

“Muchos laboratorios han encontrado problemas causados ​​por los métodos de recolección actuales, lo que lo convierte en un objetivo frecuente de los esfuerzos de mejora de la calidad”, dijo Haymond, coautor del estudio y vicepresidente de biología computacional y director de espectrometría de masas en Lurie Children’s. “Pensé que los sensores de piel flexibles podrían simplificar el proceso y mejorar los resultados de la recolección. Y debido a que los adhesivos para el sudor son desechables y están diseñados para un solo uso, tienen un beneficio adicional en la prevención de infecciones”.

Resultados en tiempo real

Al incorporar capacidades de detección en el adhesivo, el equipo de Northwestern ofrece el potencial para un diagnóstico más rápido. Los usuarios pueden simplemente tomar una foto de la pegatina llena de sudor y transmitirla de forma inalámbrica a una clínica para un análisis rápido, lo que alivia las demoras en el diagnóstico y permite que los pacientes comiencen el tratamiento lo antes posible.

“El dispositivo utiliza una red de canales de microfluidos para recolectar el sudor directamente de la piel y dirigirlo a las cámaras para que reaccionen con los reactivos químicos”, dijo Ray. “Estos reactivos provocan un cambio de color relacionado con el nivel de concentración de cloruro. Al recolectar y analizar el sudor en el punto de recolección, podemos permitir un diagnóstico temprano. Esto es fundamental para prevenir complicaciones graves y mejorar los resultados a largo plazo para los pacientes”.

Monitoreo de rutina desde cualquier lugar

Luego, el equipo cree que su adhesivo para el sudor podría usarse para monitorear regularmente la salud a largo plazo de los pacientes con fibrosis quística y evaluar cómo responden al tratamiento. Si la pegatina detecta un cambio en los niveles de cloruro, por ejemplo, esto podría informar el plan de tratamiento de un médico.

“Debido a que este dispositivo no está restringido, tenemos la intención de usarlo más allá de los entornos clínicos”, dijo el coautor del estudio Roozbeh Ghaffari, profesor asociado de investigación de ingeniería biomédica en Northwestern y director de investigación traslacional en QSIB. “A la luz de estas nuevas capacidades y una mayor validación clínica, los pacientes con fibrosis quística que reciben tratamiento algún día pueden usar la pegatina de sudor en casa para controlar sus síntomas y niveles de hidratación a lo largo de su vida diaria”.

Añade alegría a la clínica

Mientras realizaba ensayos clínicos en Lurie Children’s, el Dr. McColley notó cuánto amaban las pegatinas de sudor a los niños, especialmente en comparación con las pruebas de sudor tradicionales.

“A los niños les encantan las pegatinas”, dijo. “Las pegatinas de sudor los hacían sonreír y reír. Es un dispositivo mucho más fácil, más cómodo e incluso divertido de usar”.

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