Nanosensores: ¿el futuro de la medicina diagnóstica?

Un objetivo vital de la medicina de diagnóstico es poder diagnosticar los problemas médicos lo más rápidamente posible, lo que permite a los médicos tratar a los pacientes antes de que pueda ocurrir un daño irreversible o de larga duración.
Los nanosensores están hechos de nanotubos de carbono, cada 100.000 veces más pequeños que un mechón de cabello.

Acelerar el proceso de diagnóstico es uno de los principales focos de investigación. Estudios recientes informados por Noticias médicas hoy incluyen un estudio que encontró que un nuevo análisis de sangre podría predecir el riesgo de una mujer de recidiva del cáncer de mama casi 8 meses antes de que aparezcan los signos visibles.

Otro estudio publicado en agosto de 2015 identificó un compuesto natural que se encuentra en la respiración como un biomarcador de la cirrosis hepática en etapa inicial. Este biomarcador podría algún día formar la base de una prueba de aliento para diagnosticar esta enfermedad.

Un problema que surge al diagnosticar afecciones médicas es que los síntomas de algunas afecciones solo surgen después de cierto tiempo. Para cuando estos síntomas salgan a la superficie, la condición subyacente habrá progresado a una etapa en la que su tratamiento será mucho más complicado de lo que hubiera sido si el problema se hubiera descubierto antes.

El ejemplo más obvio de este problema serían los cánceres, como el cáncer de páncreas, que a menudo no causan ningún signo o síntoma durante las primeras etapas, solo causan síntomas una vez que el cáncer se diseminó a otras partes del cuerpo.

Pero este problema es común. Otro ejemplo sería cuando un implante (un implante de cadera, por ejemplo) se infecta o la inflamación provoca la formación de cicatrices prohibitivas. En el momento en que se vuelve aparente que un implante de cadera se ha infectado, sin embargo, la única solución es extraer el implante e insertar uno nuevo.

Esta semana, MNT habló con Thomas Webster, profesor y presidente del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad Northeastern en Boston, MA, sobre el trabajo actual de su equipo para tratar este tema.

"Lo que rápidamente nos dimos cuenta en nuestro sistema de atención médica actual es que mucho de lo que hacemos es muy reaccionario", dijo.

En este Spotlight, analizamos cómo el Prof. Webster y sus colegas están buscando alejarse de un modelo reaccionario de cuidado de la salud con el desarrollo de nanosensores - una nueva forma de tecnología que podrá monitorear la acumulación de bacterias en los implantes y advertir a los médicos cuando se requiere tratamiento antes de que el problema se intensifique.

Nanotecnología: tamaño pequeño, gran potencial

Decir que la nanotecnología es pequeña sería insuficiente: un solo nanómetro es una milmillonésima parte de un metro. Una hoja de papel tiene alrededor de 100.000 nanómetros de grosor. Un nanotubo de carbono de pared simple con un diámetro de 1 nanómetro es 100.000 veces más pequeño que un mechón de cabello. En comparación, un mechón de cabello es 100.000 veces más pequeño que una casa de 10 metros de ancho.

Puede ser difícil visualizar cuán pequeño es esto, pero los beneficios que conlleva aplicar la nanotecnología a la medicina son mucho más fáciles de ver. Los investigadores ya han logrado utilizar la nanotecnología para mejorar las imágenes biológicas para que los médicos puedan detectar acumulaciones de partículas minúsculas o señales moleculares asociadas con problemas de salud.

Prof. Webster dijo MNT sobre proyectos anteriores en los que él y sus colegas han investigado el potencial del uso de nanopartículas para tratar infecciones bacterianas y virales.

Algunas infecciones bacterianas crónicas son causadas por bacterias que crecen en las biopelículas, lo que T. Bjarnsholt de la Universidad de Copenhague en Dinamarca describe como "agregados limo-limitados". Las biopelículas son la causa de enfermedades como la neumonía en casos de fibrosis quística e infecciones asociadas a implantes.

"Las drogas y los antibióticos no penetrarán estas biopelículas", explicó el profesor Webster, "así que lo único que se puede hacer es simplemente operar y eliminar esa biopelícula casi a mano sacándola del tejido".

Las nanopartículas podrían cambiar este estado de cosas, sin embargo, como informó el Prof. Webster MNT:

"Así que hemos podido desarrollar estas nanopartículas que realmente pueden penetrar esos biofilms y luego matar la biopelícula, regenerando tejido sano en el proceso para que no necesite ese tipo de operación".

En otra parte, el Prof. Webster y sus colegas han trabajado en el desarrollo de nanopartículas diseñadas para destruir virus específicos. Las nanopartículas de oro están hechas para unirse a virus como el Ébola o la gripe; calentando las partículas con ciertas longitudes de onda infrarrojas, las nanopartículas pueden destruir la estructura del virus.

El profesor Webster resumió lo que él ve como los beneficios de la nanotecnología para MNT:

"Creemos que hay una gran promesa para la nanotecnología que se usa en medicina, obviamente porque el tamaño pequeño le permite penetrar las células, penetrar en las células y manipular su función de maneras que no se puede hacer con el material convencional".

Hay grandes pasos que se pueden tomar en medicina con la ayuda de la nanotecnología. En la actualidad, sin embargo, el enfoque para el Prof. Webster y su equipo es ver cómo se puede utilizar esta tecnología para mejorar las formas convencionales de tratamiento, y aquí es donde nanosensores ven a jugar.

Un doctor dentro del cuerpo

"Idealmente, queremos crear sensores que se comporten de forma similar a las células naturales del cuerpo", explicó el profesor Webster a MNT. "Muchos de nosotros diríamos que el cuerpo humano es el sensor definitivo. Podemos sentir las cosas mucho mejor que cualquier cosa que hayamos hecho sintéticamente hasta ahora".

Construir un sensor usando nanotecnología para imitar células inmunes humanas que circulan por el cuerpo, indicando cuando algo está mal y respondiendo positivamente a cualquier problema que surja, puede ser posible algún día en el futuro, pero por ahora, sigue siendo un gran paso.

En cambio, el profesor Webster y su equipo han elegido transformar dispositivos médicos convencionales que se implantan en el cuerpo proporcionándoles sensores (nanosensores) que pueden determinar un problema y responder a él en caso de que surja.

"Lo que hemos hecho como primer paso es tomar implantes de titanio de cadera -como lo haría un hospital- y luego cultivar material de la superficie de ese implante de cadera que realmente puede detectar eléctricamente qué tipo de célula se adhiere a la superficie". él reportó.

Los sensores, construidos a partir de nanotubos de carbono, son capaces de detectar si las células que se unen al implante son células óseas (como era de esperar), bacterias o células inflamatorias. Los dos últimos tipos de células podrían indicar infección o formación de tejido cicatricial que podría causar problemas para el paciente.

Dentro del sensor está incorporada una frecuencia de radio que envía señales a una computadora externa, desde la cual un clínico puede acceder a toda la información transmitida por el sensor. A partir de esta información, por ejemplo, un médico puede ver si el implante está libre de bacterias, tiene una pequeña cantidad de bacterias con las que el cuerpo se enfrentará, o un gran número de bacterias que requieren tratamiento con antibióticos antes de que una infección en pleno desarrollo pueda afianzarse .

"Obviamente, el último escenario sería mucho mejor que el que ocurre hoy", afirmó el profesor Webster. "Básicamente hoy, no sabemos cuándo ha habido demasiada infección o demasiado tejido cicatricial hasta que es demasiado tarde y tenemos que retirar el implante".

Además de los implantes de cadera, el equipo ha probado sus nanosensores en los catéteres utilizando el mismo enfoque. Las personas que reciben catéteres permanentes son susceptibles a la infección, lo que significa que los nanosensores que controlan los niveles de bacterias podrían tener un impacto significativo en su cuidado.

Una preocupación común que tienen las personas con la nanotecnología dentro del cuerpo humano es si los materiales utilizados son tóxicos. El Prof. Webster y su equipo han dedicado mucho tiempo a garantizar que los materiales que utilizan (nanotubos de carbono y algunos polímeros adicionales) no sean tóxicos.

Además, han observado en algunos ensayos iniciales con modelos animales que los materiales utilizados incluso han logrado mejorar el crecimiento óseo cuando se usan con implantes de cadera. Entonces, incluso si el sensor no identifica ningún problema, aún puede promover el crecimiento óseo más que un implante regular de titanio.

"Es el primer paso hacia un mejor implante", dijo el profesor Webster, "pero en última instancia nuestro objetivo es diseñar realmente estos sensores que actúen como lo hace el cuerpo humano".

Problemas con la generación de energía y datos

Aunque estos nanosensores son muy prometedores, aún quedan algunos puentes que deben cruzarse antes de que la tecnología se pueda aplicar a pacientes humanos. El equipo quiere que los sensores tengan la misma vida útil que los implantes desde los que crecen, y aunque esto no es un problema para un catéter que tiende a permanecer insertado durante una semana o dos, los implantes de cadera pueden permanecer en su lugar durante 15 años.

En la actualidad, el equipo ha generado energía para los sensores explotando la capacidad de los nanotubos de carbono para comprimir. Cuando los nanotubos se comprimen por la fuerza del tejido circundante, se genera un voltaje. Sin embargo, aunque este método puede generar energía a corto plazo, a medida que crece más tejido en la parte superior de los sensores, con el tiempo ya no podrán comprimirse.

Este enigma es uno de los dos problemas importantes que el equipo debe superar antes de que los sensores puedan utilizarse en pacientes con implantes. El otro desafío importante para el equipo es generar suficientes datos de prueba para que su tecnología sea aprobada para su uso por las autoridades pertinentes.

El Prof. Webster explicó el problema del equipo:

"Aquí en los EE. UU. Tenemos la FDA [Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU.] De la que tenemos que obtener aprobación antes de poder utilizarla clínicamente, y es una gran cantidad de trabajo para alguien en una universidad generar esos datos".

El dijo MNT que el equipo hasta ahora ha convencido a muchos médicos y médicos de que su enfoque tiene mucho valor, y que tener acceso a la información en tiempo real de la condición de un paciente sería de gran beneficio.

Las primeras pruebas también han tenido éxito. El equipo se encuentra actualmente en la mitad de una segunda ronda de ensayos con roedores, y una vez que estas pruebas hayan validado los datos anteriores, buscarán probar su tecnología en animales más grandes.

El profesor Webster admitió que tal como estaban las cosas, un ensayo clínico en humanos probablemente se encuentre entre 5 y 10 años de distancia. La colaboración de la industria, agregó, podría acelerar este proceso, por lo que el equipo estaría interesado en trabajar con empresas o empresarios para ayudar a acelerar el tiempo de investigación.

"Estos son los primeros días para los nanosensores internos", escribe en un artículo publicado en Con cable, "pero el concepto tiene mucho potencial". Si el equipo puede convencer a los patrocinadores financieros de este potencial, los nanosensores podrían utilizarse en humanos lo antes posible.

No solo identificando problemas sino tratándolos

Como se mencionó anteriormente, la visión del equipo para nanosensores se extiende más allá de una función de monitoreo por medio de la cual brindan información a los médicos. En Con cable, El Prof. Webster describe cómo los sensores también podrían usarse para tratar problemas antes de que puedan causar daños al cuerpo:

"Si los sensores detectan algo indebido, pueden programarse a través de un dispositivo de mano para liberar un medicamento que elimine las bacterias o reduzca el crecimiento de cicatrices para que el hueso pueda crecer de forma saludable al lado del implante.Al liberar drogas, o en algunos casos al liberar un pequeño voltaje en el sitio, se puede evitar la toxicidad de células sanas y se puede obtener un tratamiento más efectivo ".

Incluso más adelante, el Prof. Webster prevé que su nanotecnología sea capaz de tratar células cancerosas, administrar medicamentos quimioterapéuticos con gran precisión, ya sea al lado o dentro de las células peligrosas.

Todavía queda mucho por hacer, un nivel de desarrollo tecnológico que el profesor Webster describió como "un poco parecido a Star Trek", pero es un camino que el equipo ha comenzado a recorrer. Con el tiempo, esta pequeña tecnología podría conducir a una gigantesca revolución en el cuidado de la salud.

Los padres de niños con TEA advirtieron acerca de los suplementos dietéticos

Los niños con trastorno del espectro autista tienden a ser quisquillosos, por lo que los padres tienden a usar suplementos. Sin embargo, un gran estudio que ha seguido de cerca los patrones de alimentación de estos niños ha concluido que "pocos niños con trastorno del espectro autista necesitan la mayoría de los micronutrientes que comúnmente se les da como suplementos", e incluso cuando se utilizan, una pregunta permanece sobre si estos niños obtienen suficiente vitamina D y calcio.

(Health)

Nuevas pautas para la candidatura de trasplante de corazón emitidas

Por primera vez en una década, la Sociedad Internacional para el Trasplante de Corazón y Pulmón ha publicado pautas actualizadas para ayudar a los médicos a determinar qué pacientes pueden ser candidatos adecuados para el trasplante de corazón. El ISHLT ha actualizado sus directrices de candidatura para trasplante de corazón por primera vez en 10 años.

(Health)