Hacer un biosensor revolucionario requiere sangre, sudor y lágrimas. Y saliva, naturalmente.
El profesor Jason Heikenfeld de la Universidad de Cincinnati examinó el potencial de estos y otros biofluidos para evaluar la salud humana con sensores pequeños y portátiles para la revista Biotecnología de la naturaleza .
Heikenfeld desarrolla tecnología portátil en su Novel Device Lab en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UC. Su laboratorio el año pasado creó el primer dispositivo de prueba continua del mundo que toma muestras de sudor de manera tan efectiva como la sangre pero de manera no invasiva y durante muchas horas.
"En última instancia, los avances tecnológicos en wearables están limitados por la propia biología humana", dijo el estudio.
Notablemente, muchas de las innovaciones en el campo de los biosensores y la tecnología del sudor se desarrollaron en Cincinnati. El primer monitor de glucosa para la diabetes se comercializó en la región. El inventor del primer antitranspirante del mundo, llamado Odorono, fue un médico de Cincinnati llamadoAbraham Murphey.
"Tenemos una historia tan fuerte en este campo aquí. Es realmente fascinante", dijo Heikenfeld.
Heikenfeld acredita el arduo trabajo de su equipo por el éxito de su laboratorio.
"Hemos podido llegar lejos y rápido aquí", dijo Heikenfeld. "Resonamos con un cierto tipo de estudiante. Por mucho que tengamos una facultad brillante en la UC, si no tuviéramos estudiantes talentosos aquí, esta tecnologíano existiría. Simplemente estaríamos hablando teóricamente sobre el potencial "
en el Naturaleza artículo, Heikenfeld identificó cuatro oleadas de descubrimiento cuando se trata de evaluar la salud humana. Primero, los médicos comenzaron a extraer y enviar sangre a los laboratorios en un proceso invasivo, lento y laborioso que los pacientes todavía sufren hoy en día.
A partir de la década de 1980, los investigadores, incluido el pionero profesor de ingeniería de la Universidad de California, Chong Ahn, desarrollaron pruebas de laboratorio en el punto de atención que permitieron a los médicos obtener resultados inmediatos. En lugar de enviar muestras a un laboratorio, los médicos podrían analizar las muestras ellos mismos utilizando un pequeño dispositivo autónomodispositivos.
"El Dr. Ahn ha estado a la vanguardia del desarrollo de estos dispositivos de punto de atención", dijo Heikenfeld.
Ahora, dijo Heikenfeld, estamos en medio de una tercera ola: monitoreo continuo de la salud con dispositivos portátiles como los desarrollados en la UC. Estos proporcionan datos a lo largo del tiempo para que los médicos puedan rastrear las tendencias de salud en lugar de confiar en la instantánea queprueba de sangre única proporciona.
"Eso es súper poderoso porque me dice que estoy mejorando? ¿Estoy empeorando?", Dijo Heikenfeld.
Dijo que, eventualmente, el campo verá dispositivos implantados en el cuerpo para diagnóstico o monitoreo a largo plazo, dijo. Pero primero los investigadores tendrán que crear sensores robustos que puedan proporcionar información precisa durante un período de tiempo mucho más largo.
"Ese es el gran desafío", dijo Heikenfeld. "Los sensores son químicamente reactivos. Por lo tanto, no duran"
Después de examinar el uso de saliva, lágrimas y líquido intersticial, Heikenfeld concluyó en el Naturaleza artículo que dice que el sudor es más prometedor para las pruebas no invasivas porque proporciona información similar a la sangre y su tasa de secreción puede controlarse y medirse.
En su Laboratorio de dispositivos nuevos en la UC, Heikenfeld y sus estudiantes han estado creando nuevos sensores en un parche portátil del tamaño de una tirita que estimula el sudor incluso cuando un paciente está fresco y descansando. El sensor mide analitos específicos con el tiempo quelos médicos pueden usar para determinar cómo está respondiendo el paciente a un tratamiento farmacológico.
Heikenfeld dijo que los sensores se pueden adaptar para medir cualquier cosa, desde medicamentos hasta hormonas y deshidratación.
El año pasado, el laboratorio creó el primer sensor de monitoreo continuo del mundo que puede registrar la misma información de salud en sudor que los médicos han examinado en sangre durante generaciones. El hito es notable porque el sensor continuo permite a los médicos rastrear la salud a lo largo del tiempo para ver siun paciente está mejorando o empeorando. Y pueden hacerlo de forma no invasiva con un pequeño parche aplicado a la piel que estimula el sudor hasta por 24 horas seguidas.
"Este es el Santo Grial. Por primera vez, podemos mostrar aquí los datos de sangre; aquí están los datos de sudor, y funcionan maravillosamente juntos", dijo Heikenfeld.
Heikenfeld y sus estudiantes publicaron sus últimos hallazgos experimentales en diciembre en la revista Lab on a Chip. El estudio de la UC rastreó cómo los sujetos de prueba metabolizaron el etanol. El estudio concluyó que el sudor proporcionaba prácticamente la misma información que la sangre para medir la presencia de un medicamento en el cuerpo.
El último avance en la UC marcó la culminación de más de siete años de investigación, dijo.
"Para los medicamentos, podemos usar el sudor para obtener una medición exacta de las concentraciones en la sangre", dijo Heikenfeld. "Eso es importante porque una vez que podemos medir las concentraciones de productos terapéuticos en la sangre, podemos ver la dosificación de los medicamentos. Y eso podría hacer quela dosis actual parece algo de la Edad de Piedra "
Cincinnati es el hogar de varias compañías que están transformando las tecnologías para la prescripción, entrega y monitoreo de medicamentos en productos comerciales. La lista incluye Assurex Health, Enable Injections y Hecrix Systems Eccrine Systems, donde es cofundador y director científico.
El coautor del estudio y biólogo computacional Tongli Zhang dijo que dispositivos como estos ayudarán a los médicos a brindar atención personalizada. Zhang es profesor asistente en el Departamento de Farmacología y Fisiología de Sistemas de la Facultad de Medicina de la UC.
"No le da a los niños la misma dosis de medicamento que a los adultos. Del mismo modo, podemos especificar una dosis basada en el peso del paciente", dijo Zhang. "Pero algunos pacientes pueden tener insuficiencia hepática o renal. Y otros pueden metabolizar un medicamento10 veces más rápido. Por lo tanto, la misma dosis puede ser ineficaz en algunos pacientes y tóxica en otros ".
Zhang dijo que los sensores continuos podrían cambiar los tratamientos de manera fundamental.
"La medicina personalizada o individualizada se está convirtiendo en un problema mayor. Nos damos cuenta de que es importante. Si podemos entender lo que está sucediendo en el cuerpo, podemos adaptar el tratamiento en consecuencia", dijo.
La UC está a la vanguardia del desarrollo de nuevos biosensores que Heikenfeld cree que revolucionará la forma en que rastreamos las enfermedades y el bienestar.
"UC continúa construyendo sobre nuestra rica historia regional en la revolución de los diagnósticos a través de esta tercera ola de detección bioquímica continua", dijo.
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Materiales proporcionado por Universidad de Cincinnati . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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