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Un vendaje que detecta temblores, administra drogas y mantiene un registro
Al ofrecer una vista previa de cómo se verán los dispositivos médicos portátiles en el futuro, los investigadores en Corea han construido un parche para la piel que es más delgado que una hoja de papel y puede detectar temblores sutiles, liberar medicamentos almacenados dentro de nanopartículas a pedido y registrar toda esta actividad para revisar más tarde.
Parche de drogas : Un nuevo prototipo de parche cutáneo electrónico puede detectar temblores musculares y administrar fármacos a partir de nanopartículas.
Si bien aún se encuentra en desarrollo, la tecnología podría ser útil algún día para quienes padecen la enfermedad de Parkinson u otros trastornos del movimiento. El sistema representa una nueva dirección en la atención médica personalizada que eventualmente permitirá diagnósticos y terapias avanzados en dispositivos que se pueden usar como un tatuaje temporal de un niño, dice Dae-Hyeong Kim, profesor asistente de ingeniería química y biológica en la Universidad Nacional de Seúl, quien dirigió el trabajo (ver Innovadores menores de 35 años: Dae-Hyeong Kim).
El trabajo se realizó con investigadores de MC10, una startup en Cambridge, Massachusetts, que está trabajando en la comercialización de la electrónica extensible subyacente. MC10, que cuenta con inversiones de grandes empresas de dispositivos médicos, incluida Medtronic, está trabajando con socios de las industrias farmacéutica y de dispositivos médicos para lanzar productos que harían parte de lo que demostró el grupo coreano: detectar y almacenar señales como temblores, respiración, frecuencia cardíaca, y temperatura para que los médicos puedan revisar los datos sobre los trastornos neuromusculares y cardiovasculares.
Las clases de electrónica existentes son rígidas y empaquetadas, lo que da lugar a monitores voluminosos con correa; la nueva tecnología sería discreta y prácticamente inadvertida para el usuario, dice Roozbeh Ghaffari, cofundador de MC10 (ver Innovadores menores de 35 años: Roozbeh Ghaffari).
A papel lanzado el domingo en Nanotecnología de la naturaleza describe múltiples membranas a nanoescala empaquetadas como un sistema para detección de movimiento, administración de fármacos y almacenamiento de datos, todo integrado en un parche estirable, como una curita, que se adheriría a la piel. Las pruebas de farmacoterapia en pacientes humanos aún faltan algunos años; Hasta ahora, el grupo ha demostrado cómo puede liberar un tinte en un parche de piel de cerdo.
Las galgas extensométricas con forma de resorte miden la actividad muscular. Estos consisten en sensores de nanomembrana de silicio en forma de serpentina, cada curva a varios cientos de micrómetros de distancia. Cuando se estira, se detectan cambios en la resistencia eléctrica de los filamentos y la frecuencia de las señales indica si el estiramiento se debe a un movimiento normal del brazo o a un temblor rápido.
Los datos se registran en un sistema de memoria simple, que consta de celdas de memoria de solo 30 nanómetros de grosor; estas células registran estados de alta resistencia frente a estados de baja resistencia debido a las propiedades eléctricas cambiantes a través de las membranas. En el futuro, se podría acceder a estos datos a través de una etiqueta RFID integrada en el dispositivo o se podrían transmitir a un teléfono inteligente cercano; sin embargo, aún no se ha agregado el componente de comunicaciones.
El parche también contiene elementos calefactores que se pueden activar de forma remota para liberar fármacos. Los elementos calefactores elevan la temperatura del parche varios grados, lo que a su vez libera fármacos rodeados de nanopartículas de sílice porosa. Cuando se calienta, el enlace físico entre el fármaco y las nanopartículas se rompe, lo que lleva a una liberación de moléculas impulsada por difusión a través de la piel.
En última instancia, desarrollaremos un sistema completamente automatizado que incorpore estos sensores y un mecanismo de liberación de memoria y de fármaco junto con un microcontrolador para administrar la liberación de fármaco automatizada en un parche epidérmico, dice Ghaffari.
Si bien el prototipo se enfoca en detectar trastornos del movimiento, otras versiones podrían detectar cosas como la transpiración, la temperatura, la frecuencia cardíaca o el oxígeno en la sangre, y usar esos cambios como un mecanismo de activación para varias terapias. Los equipos están trabajando para llevar esta plataforma a través de estudios normativos y clínicos.
El trabajo se basa en la investigación fundamental de John Rogers, científico de materiales de la Universidad de Illinois. Hace tres años, introdujo la idea de la electrónica epidérmica, o materiales semiconductores ultrafinos, similares a la piel, que podrían monitorear los signos vitales de la piel.
Lo que hace este artículo es tomar la electrónica epidérmica y acoplarla con la memoria a bordo y la terapia. Puede cerrar el ciclo desde el diagnóstico hasta la terapia en un solo parche, dice Ghaffari.
Otros investigadores han demostrado enfoques competitivos. Por ejemplo, un chip de liberación de fármacos debajo de la piel está siendo desarrollado comercialmente por MicroChips de Lexington, Massachusetts. Esa empresa fue cofundada por Robert Langer, un ingeniero biomédico del MIT.