Biosensores y su salud. – ¿Qué está tratando de decirle su cuerpo? Su cuerpo le avisa sobre muchos aspectos de su salud. Al gruñir, el estómago le dice cuándo comer. Un bostezo poderoso le permite saber que está cansado. Su cuerpo emite muchas otras señales valiosas, pero se requiere tecnología para detectarlas. Los científicos están buscando nuevas formas de rastrear y usar las señales del cuerpo para mejorar la salud y controlar las enfermedades.
Los rastreadores de actividad física y contadores de pasos ahora ayudan a las personas a desarrollar y mantener hábitos saludables. Estos dispositivos también han abierto las puertas para que la gente participe en investigaciones sobre salud. Ahora, los investigadores están diseñando dispositivos más avanzados llamados biosensores que miden los signos biológicos, químicos y físicos de la salud.
«La variedad de biosensores usados por investigadores, clínicos y personas de todos los ámbitos está creciendo», afirma la Dra. Šeila Selimović, experta en biosensores en los Institutos Nacionales de la Salud (NIH, por sus siglas en inglés). «Algunos aceleran los resultados de las pruebas para que los tratamientos se puedan iniciar rápidamente. Otros proporcionan los beneficios de la supervisión continua de las condiciones de salud. [Los biosensores] funcionan de formas fascinantes. [Usan] atracción química, corrientes eléctricas, sistemas de detección de luz y tecnologías compactas de detección inalámbrica».
El termómetro de mercurio es una de las primeras tecnologías de biosensor utilizadas en medicina. En los termómetros modernos, el mercurio ha sido reemplazado por sondas más seguras, sensibles a la temperatura. Pero, el objetivo sigue siendo el mismo: detectar cambios en la temperatura corporal.
Otro biosensor común que se utiliza en el hogar es la prueba de embarazo. Las pruebas de embarazo para el hogar usan tiras que cambian el color para detectar las hormonas del embarazo en la orina. Las pruebas de embarazo también se realizan en el consultorio del médico. Pero la prueba en el hogar se ha convertido en una alternativa fiable desde su primer lanzamiento hace más de 40 años.
La prueba rápida de estreptococos es otro biosensor que se utiliza comúnmente. Si usted tiene dolor de garganta, su médico puede utilizar una para detectar la presencia de bacterias llamadas estreptococos. La prueba rápida de estreptococos puede proporcionar los resultados tras tomar una muestra de la parte posterior de la garganta en unos pocos minutos, con el 95% de exactitud.
Puede que el médico igualmente envíe la muestra a un laboratorio para confirmar un resultado positivo de la prueba. Pero se pueden utilizar los resultados de las pruebas rápidas para iniciar el tratamiento inmediatamente.
En algunas partes del mundo donde no se puede acceder fácilmente a los servicios de salud, los investigadores esperan introducir pruebas rápidas para que las personas que viven en regiones remotas puedan detectar infecciones como la gripe, el VIH, o virus de inmunodeficiencia humana, y la hepatitis C. Las nuevas tecnologías de biosensores ahora pueden combinarse con cámaras de teléfonos inteligentes y señalización inalámbrica. Estos avances hacen que las pruebas de salud sean más portátiles y asequibles que los equipos de laboratorio.
Los biosensores también se pueden utilizar para supervisar continuamente el estado de salud de una persona. Actualmente, se puede encontrar monitores de oxígeno en sangre tanto en hospitales y como en los hogares de los pacientes. Estos dispositivos detectan cambios en el nivel de oxígeno del torrente sanguíneo. Un descenso rápido del nivel de oxígeno puede causar lesiones cerebrales y requiere atención médica rápida. Los monitores de oxígeno en sangre son ideales para personas con problemas de pulmón y corazón, personas sometidas a anestesia o aquellas que están siendo tratadas en cuidados intensivos, neonatales o de emergencia. Otros biosensores pueden usarse para supervisar continuamente los niveles de azúcar en la sangre (para controlar la diabetes), la presión arterial o la frecuencia cardíaca.
Los sensores flexibles están haciendo posible realizar aun más tipos de supervisión. Un equipo de ingenieros, dirigido por el Dr. Patrick Mercier y el Dr. Joseph Wang de la Universidad de California en San Diego, está desarrollando un sensor flexible que mide los niveles de alcohol en sangre. Luce como un tatuaje temporal. El sensor libera una sustancia química en la piel que promueve el sudor y, así, detecta el alcohol en el sudor. Luego, el sensor envía la información de forma inalámbrica a una laptop u otro dispositivo móvil. Existen otros grupos que están desarrollando dispositivos similares para supervisar la fibrosis quística, y otras enfermedades y afecciones.
En la Universidad de Minnesota, un grupo de investigadores liderados por el Dr. Michael McAlpine ha desarrollado tintas para sensores de impresión 3D flexibles, extensibles y sensibles. Estos sensores pueden usarse para detectar movimientos humanos, como la flexión de un dedo. Pueden ser impresos directamente sobre la piel y utilizados para detectar señales corporales, como el pulso. También pueden detectar sustancias químicas en el medio ambiente y se pueden utilizar para advertir sobre peligros.
Los NIH también apoyan la investigación en la utilización de sensores para recolectar datos sobre factores ambientales y otros factores relacionados con el asma infantil. Estos sistemas de sensores supervisan aquello a lo cual los niños están expuestos y las reacciones de sus cuerpos. Por ejemplo, el Dr. Zhenyu Li, ingeniero biomédico de la Universidad George Washington, está desarrollando un sensor que se puede colocar en la muñeca de un niño para detectar el formaldehído, un contaminante del aire que puede desencadenar el asma.
«Por el momento, los investigadores no tienen herramientas para supervisar los desencadenantes ambientales, las respuestas fisiológicas y el comportamiento sin interrumpir las actividades normales», afirma Li. Hay muchos disparadores de asma diferentes, explica. Li espera tener un prototipo de sensor que se pueda usar para que él y sus socios clínicos puedan comenzar a probarlo con los pacientes. También está trabajando en un dispositivo que se puede colocar en el hogar de un niño para detectar distintos contaminantes del aire, como los que se encuentran en el humo del tabaco y algunos productos de madera manufacturados, como pisos y muebles.
También se pueden colocar los biosensores dentro del cuerpo. La Dra. Natalie Wisniewski, ingeniera biomédica de una empresa de dispositivos médicos de San Francisco llamada Profusa, está desarrollando sensores en miniatura que pueden inyectarse debajo de la piel. Estos sensores rastrean automáticamente las sustancias químicas en el cuerpo sin necesidad de extraer sangre. Escanean múltiples factores a la vez y de forma continua. Por lo general, es necesario permanecer en el hospital para supervisar constantemente las sustancias químicas del cuerpo. Con esta tecnología, se tendría acceso a información sobre las sustancias químicas del cuerpo las 24 horas y desde cualquier lado.
Una vez colocados bajo la piel, estos biosensores pueden durar entre meses y años. Pueden supervisar diversas funciones corporales a través de cambios químicos. Toda esta información se puede recopilar en una aplicación de teléfono celular y se puede compartir con el médico, cuidador o cualquier otra persona que desee.
«Los sensores de salud tienen el potencial de mejorar drásticamente la forma en que se practica la medicina y de cambiar el enfoque de un tratamiento reactivo a un mantenimiento preventivo», explica Wisniewski.
Los biosensores se están convirtiendo rápidamente en parte de nuestras rutinas normales de salud. Las nuevas tecnologías de sensores están abriendo caminos para mejorar la salud. Los investigadores están trabajando para desarrollar los biosensores del futuro. Estos biosensores podrían proporcionar acceso a una salud mejor de formas que aún no podemos imaginar.
Referencias
Noninvasive Alcohol Monitoring Using a Wearable Tattoo-Based Iontophoretic-Biosensing System. Jayoung Kim, Itthipon Jeerapan, Somayeh Imani, Thomas N. Cho, Amay Bandodkar, Stefano Cinti, Patrick P. Mercier, and Joseph Wang. ACS Sens., 2016, 1 (8), pp 1011–1019. doi: 10.1021/acssensors.6b00356.
Citrate-based fluorescent materials for low-cost chloride sensing in the diagnosis of cystic fibrosis. Kim JP, Xie Z, Creer M, Liu Z, Yang J. Chem Sci. 2017 Jan 1;8(1):550-558. doi: 10.1039/C6SC02962K. Epub 2016 Aug 30. PMID: 28348728.
Elecciones inteligentes
Los biosensores de hoyLos biosensores ya se usan para muchos problemas de salud. Pueden realizar lo siguiente:
-Detectar continuamente la presión arterial sin necesidad de usar un manguito de presión arterial.
-Ayudar a una persona con diabetes a mantener niveles seguros de azúcar en la sangre sin necesidad de un pinchazo.
-Aconsejar a un médico para iniciar o no un tratamiento con antibióticos en un paciente a fin de tratar la faringitis estreptocócica.
-Descubrir si una mujer está embarazada.
-Registrar los niveles de oxígeno en la sangre de un paciente sin necesidad de practicar una prueba de laboratorio.
-Detectar la cantidad de alcohol en el sistema de una persona a través de la piel.-Diagnosticar pacientes en áreas de bajos recursos que no cuenten con instalaciones de laboratorio.