Un equipo de investigadores que llevó a cabo un estudio sobre los cambios dermatológicos que sufren los pacientes con diabetes, terminó diseñando un método que detecta alteraciones aún en etapas iniciales de la enfermedad. La novedad científica se conoció en la publicación más reciente de IEEE Transactions on Medical Imaging.

De acuerdo con sus desarrolladores, la técnica funciona con tecnología emergente basada en la fotónica, soluciones innovadoras en el aprendizaje automático y características fisiológicas definitivas. A partir de ahí, se presenta un enfoque de diagnóstico que logra encontrar complicaciones en la piel de afectados con diabetes mellitus. Como explican en su artículo, el envejecimiento y la diabetes provocan la glicación de las proteínas y causan la disfunción de los tejidos que contienen colágeno.

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Este método combina tecnologías de alta precisión

La imagen hiperespectral es una técnica que une la imagen convencional y la espectroscopia. Esta técnica se ha convertido en una herramienta de obtención de imágenes que puede utilizarse en medicina y en otras industrias. Este método fue potenciado con detección de la polarización óptica, una técnica que permite evaluar a distancia los cambios estructurales en el interior del objeto que no se ven con las imágenes hiperespectrales convencionales y la implementación de algoritmos de redes neuronales para un procesamiento de imágenes en tiempo real.

Con el método desarrollado, los médicos y especialistas pueden identificar cambios tempranos en la microcirculación sanguínea de la piel y en la estructura de la piel de pacientes con diabetes. Según uno de los integrantes del equipo desarrollador, Dr. Alexander Bykov, Se ha observado que los pacientes diabéticos presentan un aumento del contenido sanguíneo de la piel y, al mismo tiempo, una reducción del nivel de oxígeno en comparación con el grupo de control de voluntarios sanos. También se ha evidenciado que los pacientes con la enfermedad presentan un mayor índice de polarización, fenómeno atribuido a las alteraciones de colágeno.

El dispositivo puede medir a distancia mapas espaciales del nivel de oxígeno en la sangre, el contenido sanguíneo y evaluar los cambios en la estructura del colágeno de la piel. De esta forma, los tratantes pueden detectar los daños causados por los altos niveles de de glucosa en sangre y reducir el número de individuos afectados con úlcera del pie diabético, afectación que se produce entre el 2% y 6% de individuos con diabetes tipo 1 y tipo 2.

Dentro de las ventajas de este método, los investigadores señalan las mejoras en los diagnósticos, la alta resolución, el ser no invasivo y su bajo costo. Al obtener las imágenes de los pacientes, los médicos contarán con la capacidad de identificar a los pacientes con mayor riesgo de padecer el síndrome del pie diabético y evaluar las zonas de las extremidades inferiores más propensas al desarrollo de defectos ulcerosos.

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Un nuevo método de bioimpresión 3D resolvió uno de los inconvenientes habituales en la impresión de órganos. Con el revolucionario hallazgo, se podría hablar del surgimiento de una nueva era para el trasplante de órganos a partir de la evolución tecnológica. A menudo, los problemas que aparecen con este método tienen que ver con la distorsión de los materiales biológicos o biotintas que construyen el objeto 3D capa a capa.

Este problema prácticamente es inherente a la impresión 3D. Cuando los especialistas y expertos se dieron cuenta del significado de esta valiosa herramienta, dedicaron numerosos esfuerzos a la fabricación de tejidos y órganos funcionales, a pesar de que su origen no fuera biológico. Desde entonces, varios artículos científicos han reportado casos de éxito aunque en mínima escala.

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FRESH: impresión 3D de órganos más cerca a la realidad

Recientemente, en la revista APL Bioengineering se publicó un artículo que describe este nuevo proceso de impresión 3D. La técnica bautizada como FRESH (Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels), en español “Incrustación reversible de hidrogeles en suspensión”, resuelve la problemática de las biotintas de una manera sencilla: realiza el proceso de extrusión de las tintas soporte de tensión de rendimiento que mantiene las biotintas en su lugar hasta que se endurecen.

Según los creadores de este método, el objetivo principal es tomar modelos complejos de tejidos y órganos en 3D, imprimirlos con la técnica FRESH a partir de una amplia gama de hidrogeles biocompatibles y biotintas cargadas de células y luego, presentar la construcción impresa del órgano para que éste pueda ser usado.

Como describen los expertos en el artículo, el principal reto para la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa es la fabricación de tejidos y órganos funcionales de tamaño adulto para complementar el limitado suministro de donantes para trasplantes. El uso de FRESH para ampliar este campo tienen el potencial de ser una tecnología de fabricación aditiva escalable que puede producir tejidos a escala completa basados en datos anatómicos específicos de los pacientes.

Desde la aparición de FRESH y las técnicas de impresión embebida relacionadas en 2015, el campo ha experimentado una rápida adopción y crecimiento, incluyendo la adopción por parte de docenas de laboratorios en todo el mundo y la disponibilidad comercial de los principales fabricantes de biotintas y bioimpresoras. Sin embargo, todavía queda un amplio trecho por recorrer en el campo de trasplantes de órganos con impresión 3D.

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Científicos de la Universidad de California en San Diego crearon un parche cutáneo suave y flexible que se adhiere al cuello para medir continuamente la presión arterial y la frecuencia cardíaca de los pacientes, a la vez que puede establecer los niveles de glucosa, lactato, alcohol y cafeína. Este es el primer dispositivo portátil que controla las señales cardiovasculares y varios niveles bioquímicos en el cuerpo humano simultáneamente.

El estudio publicado en la revista “Nature Biomedical Engineering” contó con la participación de Lu Yin, estudiante de doctorado de nanoingeniería de esta universidad y autor de la investigación, quien afirmó que “este tipo de dispositivos será muy útil para las personas que tienen enfermedades de base que deben controlar de manera regular, además de servir como una herramienta de seguimiento remoto para los profesionales de la salud”.

Adicionalmente, el dispositivo podría ayudar a la detección de enfermedades como sepsis que se caracterizan por una repentina baja en la presión arterial acompañada por un incremento en los niveles de lactato.

El desarrollo brindaría una nueva alternativa a los pacientes internados en Unidades de Cuidado Crítico que requieren un control continúo de sus signos vitales entre ellos la presión arterial. Actualmente la medición de algunos de estos signos requieren la canalización de arterias y el control de estas se da a través de varios monitores hospitalarios.

“La novedad aquí es que tomamos sensores completamente diferentes y los fusionamos en una única plataforma pequeña tan pequeña como un sello (…)  Podemos recopilar tanta información con este wearable y hacerlo de forma no invasiva, sin causar molestias o interrupciones en la actividad diaria”, señala Joseph Wang, coautor del estudio y profesor de nanoingeniería de la misma institución.

El nuevo parche es el resultado de esfuerzos articulados en el Centro de Sensores Usables de la Universidad de California que ha desarrollado dispositivos portátiles capaces de monitorear señales, químicas, físicas y electrofisiológicas al mismo tiempo.

“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 uno de los investigadores.

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¿Cómo funciona el parche?

El parche es una lámina delgada de polímeros elásticos que se acomodan a la forma de la piel, en su interior hay un sensor de presión arterial y dos sensores químicos pequeños, uno mide los niveles de lactato y otro los niveles de glucosa en el líquido intersticial, es decir, que el sensor mide tres parámetros, presión arterial, glucosa y lactato, aunque puede configurarse para medir los niveles de alcohol o cafeína en el organismo.

El sensor de presión arterial está ubicado en el centro del parche, las ondas de ultrasonido que emite rebotan en la arteria y el sensor recoge los ecos y traduce las señales de lectura de presión arterial.

De otro lado, los sensores químicos son dos electrodos que están impresos en el parche con tinta conductora, cada uno detecta diferentes niveles de sustancias en el organismo. Cabe resaltar, que el equipo científico deseaba medir los niveles de lactato, cafeína, glucosa y alcohol ya que estos son los biomarcadores que afectan la presión arterial.

“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”, acota el coautor de la investigación.

Al probar el parche los voluntarios lo adhirieron a su cuello mientras realizaban algunas tareas como: comer una comida alta en azúcar, beber alcohol , hacer ejercicio o tomar café. Los niveles que arrojaban los sensores coincidían como las recogidas por dispositivos de monitoreo comerciales, lo que demuestra su funcionalidad.

Finalmente, el equipo señaló que está trabajando en un parche con más sensores para controlar otros biomarcadores relacionados con otras enfermedades.

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