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| El dispositivo se puede usar en la parte superior del brazo mientras el usuario realiza su día. Fuente: Laboratorio de Nanobioelectrónica / UC San Diego |
Imagine poder medir sus niveles de azúcar en la sangre, saber si ha bebido demasiado alcohol y realizar un seguimiento de su fatiga muscular durante un entrenamiento, todo en un pequeño dispositivo que se usa en la piel.
Ingenieros de la Universidad de California en San Diego (UCSD) han desarrollado un prototipo de un dispositivo portátil de este tipo que puede monitorear continuamente varias estadísticas de salud (niveles de glucosa, alcohol y lactato) simultáneamente en tiempo real.
El dispositivo multitarea tiene solo el tamaño de una pila de seis cuartos. Se aplica a la piel a través de un parche tipo velcro de agujas microscópicas, o microagujas, que tienen aproximadamente una quinta parte del ancho de un cabello humano.
Usar el dispositivo no es doloroso: las microagujas apenas penetran en la superficie de la piel para detectar biomoléculas en el líquido intersticial, que es el líquido que rodea las células debajo de la piel. El dispositivo se puede usar en la parte superior del brazo y envía datos de forma inalámbrica a una aplicación de teléfono inteligente personalizada.
Investigadores del Centro de sensores portables de UC San Diego describen su dispositivo en un artículo publicado hoy (9 de mayo de 2022) en la revista Nature Biomedical Engineering .
“Esto es como un laboratorio completo sobre la piel”, dijo el director del centro Joseph Wang, profesor de nanoingeniería en UC San Diego y coautor del artículo. “Es capaz de medir continuamente múltiples biomarcadores al mismo tiempo, lo que permite a los usuarios monitorear su salud y bienestar mientras realizan sus actividades diarias”.
La mayoría de los monitores de salud comerciales, como los monitores continuos de glucosa para pacientes con diabetes, solo miden una señal. El problema con eso, dijeron los investigadores, es que omite información que podría ayudar a las personas con diabetes, por ejemplo, a controlar su enfermedad de manera más efectiva.
El control de los niveles de alcohol es útil porque beber alcohol puede reducir los niveles de glucosa. Conocer ambos niveles puede ayudar a las personas con diabetes a evitar que su nivel de azúcar en la sangre baje demasiado después de tomar una bebida. La combinación de información sobre el lactato, que se puede controlar durante el ejercicio como biomarcador de la fatiga muscular, también es útil porque la actividad física influye en la capacidad del cuerpo para regular la glucosa.
“Con nuestro dispositivo portátil, las personas pueden ver la interacción entre sus picos o caídas de glucosa con su dieta, ejercicio y consumo de bebidas alcohólicas. Eso también podría aumentar su calidad de vida”, dijo Farshad Tehrani, uno de los co-autores del estudio.
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| El parche de microagujas desechable se separa de la caja electrónica reutilizable. Fuente: Laboratorio de Nanobioelectrónica / UC San Diego |
Microagujas fusionadas con electrónica
El dispositivo portátil consiste en un parche de microagujas conectado a una caja de electrónica. Diferentes enzimas en las puntas de las microagujas reaccionan con la glucosa, el alcohol y el lactato en el líquido intersticial. Estas reacciones generan pequeñas corrientes eléctricas, que son analizadas por sensores electrónicos y comunicadas de forma inalámbrica a una aplicación que desarrollaron los investigadores. Los resultados se muestran en tiempo real en un teléfono inteligente.
Una ventaja de usar microagujas es que toman muestras directamente del líquido intersticial, y la investigación ha demostrado que los niveles bioquímicos medidos en ese líquido se correlacionan bien con los niveles en la sangre.
El parche de microagujas, que es desechable, se puede quitar de la caja electrónica para reemplazarlo fácilmente. La caja electrónica, que es reutilizable, alberga la batería, los sensores electrónicos, el transmisor inalámbrico y otros componentes electrónicos. El dispositivo se puede recargar en cualquier plataforma de carga inalámbrica utilizada para teléfonos y relojes inteligentes.
La integración de todos estos componentes en un dispositivo portátil pequeño e inalámbrico fue uno de los mayores desafíos del equipo. También requirió un diseño e ingeniería inteligente para combinar la electrónica reutilizable, que debe permanecer seca, con el parche de microagujas, que queda expuesto a fluidos biológicos.
Pruebas
El dispositivo portátil se probó en cinco voluntarios, que usaron el dispositivo en la parte superior del brazo, mientras hacían ejercicio, comían y bebían una copa de vino. El dispositivo se usó para monitorear continuamente los niveles de glucosa de los voluntarios simultáneamente con sus niveles de alcohol o lactato.
Las mediciones de glucosa, alcohol y lactato tomadas por el dispositivo coincidieron estrechamente con las mediciones tomadas respectivamente por un monitor comercial de glucosa en sangre, un alcoholímetro y las mediciones de lactato en sangre realizadas en el laboratorio.
Próximos pasos
Farshad Tehrani y su compañero coautor Hazhir Teymourian, ex investigador postdoctoral en el laboratorio de Wang, cofundaron una nueva empresa llamada AquilX para desarrollar aún más la tecnología para la comercialización. Los próximos pasos incluyen probar y mejorar cuánto tiempo puede durar el parche de microagujas antes de ser reemplazado.
La compañía también está entusiasmada con la posibilidad de agregar más sensores al dispositivo para monitorear los niveles de medicación en los pacientes y otras señales relacionadas con la salud.
Fuente: “An integrated wearable microneedle array for the continuous monitoring of multiple biomarkers in interstitial fluid” by Farshad Tehrani, Hazhir Teymourian, Brian Wuerstle, Jonathan Kavner, Ravi Patel, Allison Furmidge, Reza Aghavali, Hamed Hosseini-Toudeshki, Christopher Brown, Fangyu Zhang, Kuldeep Mahato, Zhengxing Li, Abbas Barfidokht, Lu Yin, Paul Warren, Nickey Huang, Zina Patel, Patrick P. Mercier and Joseph Wang, 9 May 2022, Nature Biomedical Engineering. DOI: 10.1038/s41551-022-00887-1
