Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un parche cutáneo suave y elástico que se puede usar en el cuello para realizar un seguimiento continuo de la presión arterial y la frecuencia cardíaca mientras se miden los niveles de glucosa, lactato, alcohol o cafeína del usuario. Es el primer dispositivo portátil que controla las señales cardiovasculares y múltiples niveles bioquímicos en el cuerpo humano al mismo tiempo.
“Este tipo de dispositivo portátil sería muy útil para que las personas con afecciones médicas subyacentes controlen su propia salud de forma regular –explica Lu Yin, estudiante de doctorado en nanoingeniería de la UC San Diego y coprimer autor del estudio publicado en la revista ‘Nature Biomedical Engineering’–. También serviría como una gran herramienta para la monitorización remota de pacientes, especialmente durante la pandemia de COVID-19, cuando la gente está reduciendo las visitas en persona a la clínica”.
Según los investigadores, un dispositivo de este tipo podría beneficiar a las personas que controlan la presión arterial alta y la diabetes, personas que también tienen un alto riesgo de enfermarse gravemente con COVID-19. También podría usarse para detectar la aparición de sepsis, que se caracteriza por una caída repentina de la presión arterial acompañada de un rápido aumento en el nivel de lactato.
Un parche que pueda hacerlo todo también ofrecería una alternativa conveniente para los pacientes en las unidades de cuidados intensivos, incluidos los bebés en la UCIN, que necesitan un control continuo de la presión arterial y otros signos vitales. En la actualidad, estos procedimientos implican la inserción de catéteres en el interior de las arterias de los pacientes y la sujeción de los pacientes a varios monitores del hospital.
“La novedad aquí es que tomamos sensores completamente diferentes y los fusionamos en una única plataforma pequeña tan pequeña como un sello –explica Joseph Wang, profesor de nanoingeniería en la UC San Diego y coautor del estudio–. Podemos recopilar tanta información con este wearable y hacerlo de forma no invasiva, sin causar molestias o interrupciones en la actividad diaria”.
El nuevo parche es producto de dos esfuerzos pioneros en el Centro de Sensores Usables de UC San Diego, del cual Wang se desempeña como director. El laboratorio de Wang ha estado desarrollando dispositivos portátiles capaces de monitorear múltiples señales simultáneamente (químicas, físicas y electrofisiológicas) en el cuerpo.
En el laboratorio del profesor de nanoingeniería, Sheng Xu, de la UC San Diego, los investigadores han estado desarrollando parches cutáneos electrónicos suaves y elásticos que pueden controlar la presión arterial en las profundidades del cuerpo. Al unir fuerzas, los investigadores crearon el primer dispositivo portátil flexible y estirable que combina la detección química (glucosa, lactato, alcohol y cafeína) con el control de la presión arterial.
“Cada sensor proporciona una imagen separada de un cambio físico o químico. Integrarlos todos en un parche portátil nos permite unir esas diferentes imágenes para obtener una descripción más completa de lo que está sucediendo en nuestros cuerpos”, señala Xu.
El parche es una hoja delgada de polímeros elásticos que se pueden amoldar a la piel. Está equipado con un sensor de presión arterial y dos sensores químicos: uno que mide los niveles de lactato (un biomarcador del esfuerzo físico), cafeína y alcohol en el sudor, y otro que mide los niveles de glucosa en el líquido intersticial.
Es capaz de medir tres parámetros a la vez, uno de cada sensor: presión arterial, glucosa y lactato, alcohol o cafeína. “Teóricamente, podemos detectarlos todos al mismo tiempo, pero eso requeriría un diseño de sensor diferente”, apunta Yin, estudiante de doctorado en el laboratorio de Wang.
El sensor de presión arterial se encuentra cerca del centro del parche. Cuando las ondas de ultrasonido rebotan en una arteria, el sensor detecta los ecos y traduce las señales en una lectura de presión arterial.
Los sensores químicos son dos electrodos que están impresos en el parche con tinta conductora. Un electrodo detecta el lactato, la cafeína y el alcohol y el otro detecta la glucosa. Los investigadores estaban interesados en medir estos biomarcadores particulares porque afectan la presión arterial. “Elegimos parámetros que nos darían una medición de la presión arterial más precisa y confiable”, explica la coautora principal Juliane Sempionatto, estudiante de doctorado en nanoingeniería en el laboratorio de Wang.
“Supongamos que está controlando su presión arterial y observa picos durante el día y piensa que algo anda mal. Pero una lectura de biomarcadores podría indicarle si esos picos se debieron a una ingesta de alcohol o cafeína. Esta combinación de sensores puede dar ese tipo de información”, anota como ejemplo.
En las pruebas, los sujetos usaron el parche en el cuello mientras realizaban varias combinaciones de las siguientes tareas: hacer ejercicio en una bicicleta estática; comer una comida rica en azúcar; beber una bebida alcohólica; y beber una bebida con cafeína. Las mediciones del parche coincidían estrechamente con las recogidas por dispositivos de monitorización comerciales como un manguito de presión arterial, medidor de lactato en sangre, glucómetro y alcoholímetro.
Uno de los mayores desafíos al hacer el parche fue eliminar la interferencia entre las señales de los sensores. Para hacer esto, los investigadores tuvieron que averiguar el espacio óptimo entre el sensor de presión arterial y los sensores químicos. Descubrieron que un centímetro de espacio funcionaba mientras mantenían el dispositivo lo más pequeño posible.
Los investigadores también tuvieron que descubrir cómo proteger físicamente los sensores químicos del sensor de presión arterial. Este último normalmente viene equipado con un gel de ultrasonidos líquido para producir lecturas claras.
Pero los sensores químicos también están equipados con sus propios hidrogeles, y el problema es que si cualquier gel líquido del sensor de presión arterial fluye y entra en contacto con los otros geles, causará interferencia entre los sensores. Entonces, en su lugar, los investigadores utilizaron un gel de ultrasonido sólido, que encontraron que funciona tan bien como la versión líquida pero sin fugas.
El equipo ya está trabajando en una nueva versión del parche, una con aún más sensores. “Hay posibilidades de controlar otros biomarcadores asociados con diversas enfermedades. Estamos buscando agregar más valor clínico a este dispositivo”, apunta Sempionatto.
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