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Médico del campo de batalla en un chip
La mayoría de las muertes en el campo de batalla ocurren dentro de la media hora después de la lesión, a menudo demasiado rápido para que un soldado llegue a un médico, y mucho menos a un hospital. Pero una colaboración entre investigadores de la Universidad de California, San Diego (UCSD) y la Universidad Clarkson, en Nueva York, tiene como objetivo cambiar todo eso con un chip que podría detectar lesiones y tratarlas casi al instante.
Sensor inteligente: Joseph Wang espera usar electrodos flexibles, como el que sostiene aquí, para crear un chip que diagnostique lesiones en el campo de batalla.
En el centro de la investigación hay un sensor, aún en desarrollo, que podría usarse para monitorear continuamente la sangre, el sudor o incluso las lágrimas de un soldado en busca de biomarcadores. Todos estos líquidos contienen glucosa, oxígeno, lactasa y la hormona noradrenalina, que fluctúan según la salud y los niveles de actividad de una persona. Los cambios colectivos específicos en estos marcadores pueden indicar la presencia de una lesión. Y una vez que el sensor detecta eso, podría transmitir la información a otra parte del chip, oa otro chip, y desencadenar la liberación de un medicamento apropiado. Esa, al menos, es la idea; la realidad, sin embargo, podría tardar un poco en desarrollarse.
El jefe del proyecto, Joseph Wang , es un profesor de nanoingeniería en UCSD cuya oficina está repleta de sensores electrónicos de todas las formas, pero solo de dos tamaños: pequeños e incluso más pequeños. Wang, quien anteriormente ayudó a desarrollar un monitor de glucosa no invasivo que muestrea el sudor, no es ajeno a la detección continua. Pero en lugar de captar solo una señal, el nuevo sensor deberá diferenciar entre varios marcadores e interpretar los resultados.
Para hacer esto, Wang está colaborando con Clarkson Evgeny Katz , quien recientemente creó un sistema que usa una puerta lógica basada en enzimas no solo para medir una combinación de biomarcadores, sino también para usar los resultados para hacer un diagnóstico limitado. El sistema de Katz se basa en reacciones impulsadas por enzimas: en presencia de ciertos productos enzimáticos, un conjunto de puertas se desbloquea y desencadena una reacción en cadena específica; otros productos activan un conjunto de puertas completamente diferente. El resultado final es una cadena lógica que tiene el potencial de identificar ciertas condiciones médicas.
Hasta ahora, los diagnósticos de lógica enzimática de Katz solo funcionan en solución. Pero Wang y Katz imaginan un sistema que usaría un sensor electrónico, uno que contiene enzimas, para detectar la presencia o ausencia de los cuatro biomarcadores mencionados anteriormente: glucosa, oxígeno, lactasa y norepinefrina. En diferentes combinaciones, estos biomarcadores pueden indicar diferentes lesiones, como traumatismo cerebral o shock. Dependiendo de la lesión, los electrodos traducirían los resultados enzimáticos en un código que activa las membranas dependientes de la señal para liberar el medicamento apropiado. Si un soldado sufriera un shock hemorrágico, por ejemplo, el electrodo detectaría niveles crecientes de lactato, glucosa y norepinefrina. A medida que la mezcla de productos de las enzimas de los electrodos comienza a cambiar, la reacción desencadenaría la puerta lógica exclusiva del choque y, potencialmente, señalaría la liberación de la medicación adecuada. Queremos construir un sensor inteligente e inteligente que pueda distinguir entre diferentes lesiones, tomar la decisión de tratar y, una vez que reconozca la lesión, tratar adecuadamente, dice Wang.
Si todo esto suena un poco teórico, es porque lo es. Katz y Wang esperan que pasen cuatro años antes de que se complete su proyecto recién financiado. En esta etapa, Katz ni siquiera puede decir con certeza qué lesiones su sistema podría reconocer, o exactamente cómo podría tratarlas. En este momento, dice, simplemente están diseñando una puerta lógica que puede distinguir entre diferentes lesiones: cómo se ven las combinaciones de biomarcadores y el código enzimático para interpretarlas. A continuación, decidirán qué fluidos corporales funcionarían mejor y, a partir de ahí, podrán comenzar con el diseño de sus electrodos.
De los cientos de sensores en la oficina de Wang, señala algunos que cree que podrían ser modelos útiles. Uno, destinado a ser enrollado en un cilindro apretado, es tan pequeño que podría caber en un conducto lagrimal. Otro, más grande, podría tener un pequeño sensor subcutáneo que se coloca justo debajo de la piel. Queremos algo que sea mínimamente invasivo o, más deseablemente, no invasivo, que pueda tomar muestras de lágrimas, saliva o sudor, dice.
Los investigadores tienen una gran tarea por delante. Creo que un desafío importante es descubrir qué cosas pueden sentir, qué tan confiables serán en una situación de campo de batalla, dice Martin Bazant , profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Stanford. ¿Podrá agregar valor al soldado sin agregar peso o riesgo de mal funcionamiento?
Bazant está familiarizado con las dificultades de diseñar para soldados en combate: fue uno de los miembros fundadores del MIT Instituto de Nanotecnologías de Soldados –Y señala que el desarrollo del sensor en sí sería de gran ayuda. Tener la capacidad de detectar niveles precisos de esos químicos en tiempo real en el campo de batalla, de manera confiable, eso ya es interesante, dice. Un médico podría leerlo y usarlo para determinar qué tan crítico es un paciente, si es necesario un tratamiento, si un paciente debe ser trasladado a otro lugar. Sin embargo, Bazant se muestra escéptico sobre el uso de un sistema totalmente automatizado para la detección de lesiones y la dosificación de medicamentos en ausencia de un médico.
Si Wang y Katz tienen éxito, su proyecto tendrá aplicaciones no solo durante la guerra, sino también en la medicina cotidiana. Los médicos siempre necesitan sensores que brinden una imagen más precisa de lo que sucede en el cuerpo de un paciente. Podría adaptarse para detectar marcadores cardíacos, por ejemplo, para diagnosticar rápidamente un ataque cardíaco o un derrame cerebral. Esto puede ser útil siempre que tengamos algo urgente que necesite una acción rápida, dice Wang.