Tendencias Científicas
Los sensores solubles, que son del tamaño de la punta de un lápiz. Fuente: WUSTL.
Un equipo de neurocirujanos e ingenieros ha desarrollado sensores inalámbricos cerebrales que controlan la presión intracraneal y la temperatura y luego son absorbidos por el cuerpo, eliminando la necesidad de cirugía para extraer los dispositivos.
Tales implantes, desarrollado por científicos de la Escuela de Medicina de la Universidad Washington en San Luis e ingenieros de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EE.UU.), potencialmente podrían utilizarse para monitorizar a los pacientes con lesiones cerebrales traumáticas; pero los investigadores creen que pueden construir sensores absorbibles similares para monitorizar la actividad de los sistemas de órganos de todo el cuerpo. Sus conclusiones se han publicado en línea en la revista Nature.
"Los aparatos electrónicos y sus aplicaciones biomédicas están avanzando rápidamente", dice el autor Rory K.J. Murphy, médico residente de neurocirugía en la Universidad Washington en San Luis. "Sin embargo, es un obstáculo importante que los implantes colocados en el cuerpo a menudo desencadenan una respuesta inmune, que puede ser problemática para los pacientes. El beneficio de estos nuevos dispositivos es que se disuelven con el tiempo, por lo que no se tiene algo en el cuerpo durante un largo período de tiempo, lo que aumentaría el riesgo de infección, inflamación crónica e incluso la erosión de la piel o el órgano en el que se coloca. Además, el uso de dispositivos reabsorbibles evita la necesidad de cirugía para recuperarlos, lo que disminuye aún más el riesgo de infección y otras complicaciones", explica en la información de la universidad.
Murphy está especialmente interesado en el seguimiento de la presión y la temperatura en el cerebro de los pacientes con lesión cerebral traumática.
Cerca de 50.000 personas mueren de tales lesiones anualmente en los Estados Unidos. Cuando los pacientes con este tipo de lesiones llegan al hospital, los médicos deben ser capaces de medir con precisión la presión intracraneal en el cerebro y en el interior del cráneo debido a que un aumento de la presión puede conducir a una mayor lesión cerebral, y no hay manera de estimar de forma fiable los niveles de presión del cerebro a partir de escáneres del cerebro o de la situación clínica de los pacientes.
"Los dispositivos usados hoy en día se basan en tecnología de la década de 1980", explica Murphy. "Son grandes, son difíciles de manejar, y tienen cables que se conectan a monitores en la unidad de cuidados intensivos. Dan lecturas precisas, y ayudan, pero hay maneras de mejorarlos."
Nuevos dispositivos
Murphy colaboró con ingenieros del laboratorio de John A. Rogers, profesor de ciencia de los materiales e ingeniería en la Universidad de Illinois, para construir nuevos sensores. Los dispositivos están hechos principalmente de ácido poliláctico-co-glicólico (PLGA) y silicona, y pueden transmitir lecturas de presión y temperatura exactas, así como otra información.
"Con estos materiales y dispositivos, hemos demostrado que es posible crear implantes electrónicos que ofrecen un alto rendimiento a nivel clínico, con un hardware que se reabsorbe completamente en el cuerpo cuando sus funciones ya no son necesarias", dice Rogers. "Este tipo de medicina bio-eléctrica tiene un gran potencial en muchas áreas de la atención clínica."
Tales implantes, desarrollado por científicos de la Escuela de Medicina de la Universidad Washington en San Luis e ingenieros de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EE.UU.), potencialmente podrían utilizarse para monitorizar a los pacientes con lesiones cerebrales traumáticas; pero los investigadores creen que pueden construir sensores absorbibles similares para monitorizar la actividad de los sistemas de órganos de todo el cuerpo. Sus conclusiones se han publicado en línea en la revista Nature.
"Los aparatos electrónicos y sus aplicaciones biomédicas están avanzando rápidamente", dice el autor Rory K.J. Murphy, médico residente de neurocirugía en la Universidad Washington en San Luis. "Sin embargo, es un obstáculo importante que los implantes colocados en el cuerpo a menudo desencadenan una respuesta inmune, que puede ser problemática para los pacientes. El beneficio de estos nuevos dispositivos es que se disuelven con el tiempo, por lo que no se tiene algo en el cuerpo durante un largo período de tiempo, lo que aumentaría el riesgo de infección, inflamación crónica e incluso la erosión de la piel o el órgano en el que se coloca. Además, el uso de dispositivos reabsorbibles evita la necesidad de cirugía para recuperarlos, lo que disminuye aún más el riesgo de infección y otras complicaciones", explica en la información de la universidad.
Murphy está especialmente interesado en el seguimiento de la presión y la temperatura en el cerebro de los pacientes con lesión cerebral traumática.
Cerca de 50.000 personas mueren de tales lesiones anualmente en los Estados Unidos. Cuando los pacientes con este tipo de lesiones llegan al hospital, los médicos deben ser capaces de medir con precisión la presión intracraneal en el cerebro y en el interior del cráneo debido a que un aumento de la presión puede conducir a una mayor lesión cerebral, y no hay manera de estimar de forma fiable los niveles de presión del cerebro a partir de escáneres del cerebro o de la situación clínica de los pacientes.
"Los dispositivos usados hoy en día se basan en tecnología de la década de 1980", explica Murphy. "Son grandes, son difíciles de manejar, y tienen cables que se conectan a monitores en la unidad de cuidados intensivos. Dan lecturas precisas, y ayudan, pero hay maneras de mejorarlos."
Nuevos dispositivos
Murphy colaboró con ingenieros del laboratorio de John A. Rogers, profesor de ciencia de los materiales e ingeniería en la Universidad de Illinois, para construir nuevos sensores. Los dispositivos están hechos principalmente de ácido poliláctico-co-glicólico (PLGA) y silicona, y pueden transmitir lecturas de presión y temperatura exactas, así como otra información.
"Con estos materiales y dispositivos, hemos demostrado que es posible crear implantes electrónicos que ofrecen un alto rendimiento a nivel clínico, con un hardware que se reabsorbe completamente en el cuerpo cuando sus funciones ya no son necesarias", dice Rogers. "Este tipo de medicina bio-eléctrica tiene un gran potencial en muchas áreas de la atención clínica."
Wilson Z. Ray (izquierda) y Rory K. J. Murphy. Fuente: WUSTL.
Pruebas en pacientes
Los investigadores probaron los sensores en baños de solución salina que hicieron que se disolvieran después de unos días. A continuación, probaron los dispositivos en cerebros de ratas de laboratorio.
Tras demostrar que los sensores son exactos y que se disuelven en la solución y en los cerebros de las ratas, los investigadores planean ahora probar la tecnología en pacientes humanos.
"En términos de los principales retos relacionados con el tamaño y la escala, ya hemos cruzado algunos puentes clave", dice el co-autor Wilson Z. Ray, profesor asistente de cirugía neurológica y ortopédica en la Universidad Washington.
En los pacientes con lesiones cerebrales traumáticas, los neurocirujanos tratan de disminuir la presión dentro del cráneo usando medicamentos. Si la presión no puede reducirse lo suficiente, los pacientes a menudo son sometidos a cirugía. Los nuevos dispositivos podrían ser colocados en el cerebro en varios lugares durante dichas operaciones.
"La estrategia final es tener un dispositivo que se pueda colocar en el cerebro -o en otros órganos del cuerpo- y que se implante en su totalidad, íntimamente conectado con el órgano que se desea supervisar, y que pueda transmitir señales de forma inalámbrica para proporcionar información sobre la salud de ese órgano, permitiendo a los médicos intervenir si es necesario para evitar problemas mayores", dice Murphy. "Y luego, después del período crítico que realmente se desea supervisar, se disolverá y desaparecerá."
La investigación ha sido financiada por el Instituto Nacional de Salud Mental de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) estadounidenses, y por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, entre otros.
Los investigadores probaron los sensores en baños de solución salina que hicieron que se disolvieran después de unos días. A continuación, probaron los dispositivos en cerebros de ratas de laboratorio.
Tras demostrar que los sensores son exactos y que se disuelven en la solución y en los cerebros de las ratas, los investigadores planean ahora probar la tecnología en pacientes humanos.
"En términos de los principales retos relacionados con el tamaño y la escala, ya hemos cruzado algunos puentes clave", dice el co-autor Wilson Z. Ray, profesor asistente de cirugía neurológica y ortopédica en la Universidad Washington.
En los pacientes con lesiones cerebrales traumáticas, los neurocirujanos tratan de disminuir la presión dentro del cráneo usando medicamentos. Si la presión no puede reducirse lo suficiente, los pacientes a menudo son sometidos a cirugía. Los nuevos dispositivos podrían ser colocados en el cerebro en varios lugares durante dichas operaciones.
"La estrategia final es tener un dispositivo que se pueda colocar en el cerebro -o en otros órganos del cuerpo- y que se implante en su totalidad, íntimamente conectado con el órgano que se desea supervisar, y que pueda transmitir señales de forma inalámbrica para proporcionar información sobre la salud de ese órgano, permitiendo a los médicos intervenir si es necesario para evitar problemas mayores", dice Murphy. "Y luego, después del período crítico que realmente se desea supervisar, se disolverá y desaparecerá."
La investigación ha sido financiada por el Instituto Nacional de Salud Mental de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) estadounidenses, y por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, entre otros.
Referencia bibliográfica:
Kang S-K, Murphy RKH, Hwang S-W, Lee, SM, et al.: Bioresorbable silicon sensors for the brain. Nature (2016). DOI:10.1038/nature16492.
Kang S-K, Murphy RKH, Hwang S-W, Lee, SM, et al.: Bioresorbable silicon sensors for the brain. Nature (2016). DOI:10.1038/nature16492.
Inicio
Enviar a un amigo
Versión para imprimir
Compartir
El corazón débil también daña al cerebro
CIENCIA ON LINE