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El bazo artificial ofrece la esperanza de un diagnóstico y tratamiento de sepsis más rápido
Aprovechando los avances recientes en nanotecnología y microfluidos, los investigadores han logrado un progreso significativo hacia un dispositivo que podría usarse para eliminar rápidamente patógenos de la sangre de pacientes con sepsis, una condición potencialmente mortal que ocurre cuando una infección se distribuye por todo el cuerpo. a través del torrente sanguíneo.
Limpiador de sangre: Este dispositivo utiliza microfluidos y nanotecnología para eliminar los patógenos de la sangre antes de devolverla al cuerpo.
El nuevo sistema actúa eficazmente como un bazo artificial, filtrando la sangre mediante nanoperlas magnéticas diseñadas para adherirse a microorganismos y toxinas. Una vez que se extrae la sangre y se mezcla con las perlas, se pasa a través de un dispositivo que utiliza un gradiente de campo magnético para extraer los gérmenes unidos a las nanoperlas. Luego, la sangre se devuelve al cuerpo.
Ingenieros de la Universidad de Harvard Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica , donde la tecnología está en desarrollo, también esperan que el dispositivo pueda identificar el microorganismo específico que causa el problema, lo que podría ayudar a los médicos a determinar el tratamiento antibiótico más eficaz más rápidamente que con las pruebas de diagnóstico convencionales.
En una conferencia científica en la Facultad de Medicina de Harvard la semana pasada, Donald Ingber , uno de los inventores de la tecnología y director del Instituto Wyss, dijo que su grupo se ha sentido alentado por los resultados preliminares de las pruebas de la terapia de limpieza de sangre en ratas. El instituto recientemente Anunciado que aplicaría dinero de un contrato de $ 9.25 millones con la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada del Departamento de Defensa (DARPA) para ayudar a acelerar su traducción a los humanos como un nuevo tipo de terapia contra la sepsis.
La sepsis, que mata a millones de personas en todo el mundo cada año, ocurre cuando las sustancias químicas que el cuerpo libera para combatir una infección en el torrente sanguíneo desencadenan una respuesta inflamatoria en todo el cuerpo. Los peores casos pueden provocar la falla de múltiples órganos. Dado que cualquiera de una variedad de organismos puede causar el problema, a un paciente que se cree que tiene sepsis generalmente se le administra un antibiótico de amplio espectro mientras los médicos cultivan la sangre en un intento de identificar el organismo específico que tiene la falla para poder prescribir el antibiótico específico que lo atacará. Este proceso puede tardar varios días.
Pero el antibiótico de amplio espectro no siempre funciona y, en muchos casos, el hemocultivo no identifica al patógeno. Mientras tanto, retrasar la administración del fármaco adecuado en unas pocas horas puede reducir significativamente las posibilidades de supervivencia del paciente. Los estudios han demostrado que cada hora que un paciente recibe el antibiótico incorrecto, incluso un antibiótico fuerte de amplio espectro, la mortalidad aumenta entre un 5 y un 9 por ciento, dice Ingber.
La sepsis también es una de las principales causas de muerte de soldados en combate. Para abordar este problema, DARPA tiene como objetivo desarrollar una terapia portátil similar a la diálisis que limpiaría rápidamente la sangre que se ha extraído del cuerpo y luego la devolvería. La tecnología deseada sería capaz de eliminar muchos tipos diferentes de patógenos y funcionaría sin la necesidad de anticoagulantes, que pueden hacer que un guerrero herido se desangre. Los pacientes de diálisis generalmente deben tomar anticoagulantes para que la sangre no se coagule dentro del tubo de la máquina de diálisis.
En busca de inspiración para abordar este desafío, Ingber y sus colegas observaron el sistema inmunológico humano, específicamente, una clase de proteínas en la sangre que se adhieren a microorganismos o toxinas potencialmente dañinos y los marcan como objetivos para otras células inmunes. El grupo diseñó genéticamente una de esas proteínas, que se sabe que se une a más de 90 patógenos diferentes, incluidas bacterias, hongos, virus, parásitos y toxinas, para que funcione como un recubrimiento para nanoperlas magnéticas, lo que les da la capacidad de recolectar agentes infecciosos en el sangre.
La sangre de un paciente pasa a través de un dispositivo externo que contiene un sistema de canales de microfluidos, cuyo diseño está inspirado en el bazo. En el dispositivo, que los inventores llaman bazo en un chip, la sangre contaminada fluye a través de los canales junto con una solución salina. Luego se usa un gradiente de campo magnético para atraer las nanoperlas y sus patógenos ligados a esa solución. Con este proceso, el grupo ya cumplió con el objetivo de DARPA de limpiar 1,25 litros de sangre por hora, e Ingber dice que cree que pueden lograr una tasa de flujo aún mayor.
El revestimiento de la superficie interior de los canales es un material novedoso llamado SLIPS (superficies porosas resbaladizas con infusión de líquido) , inspirada en la planta de jarra Nepenthes y también desarrollada en el Instituto Wyss. SLIPS evita que las proteínas y las plaquetas se adhieran a la superficie de los canales y activen la coagulación.
El potencial de la tecnología no termina ahí. Dado que el sistema puede eliminar y aislar patógenos de manera tan eficiente, puede brindar la oportunidad de identificar el organismo que causa la infección de un paciente sin tener que realizar un hemocultivo, dice Michael Super , científico senior del Wyss Institute. Esto reduciría la cantidad de tiempo necesario para determinar el antibiótico apropiado. El grupo ahora está trabajando para construir esa capacidad en el dispositivo.