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28 Mayo 2018

El nuevo chip y su gran potencial en salud

Científicos diseñaron un sensor equipado con bacterias modificadas genéticamente que puede diagnosticar hemorragias en el estómago. Los datos se transmiten casi en tiempo real a un dispositivo móvil.

Durante los últimos diez años, biólogos sintéticos de diferentes centros de investigación han concretado importantes avances en la ingeniería de bacterias para responder a estímulos como contaminantes ambientales o marcadores de enfermedades, incluso diseñadas para emitir luz al detectar su objetivo. Sin embargo, la principal dificultad en el desarrollo de estas bacterias es que generalmente se requieren equipos de laboratorio especializados para medir su respuesta.

En este contexto, un sensor equipado con bacterias modificadas genéticamente que puede diagnosticar hemorragias en el estómago u otro tipo de problemas gastrointestinales, logrando así detectar precozmente determinadas patologías, es considerado uno de los adelantos con mayor potencial presentados por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) de Estados Unidos.

La principal característica de este chip, que debe ser ingerido como cualquier medicamento, es que combina sensores elaborados con células vivas y componentes electrónicos de muy baja potencia, pero con la capacidad de convertir la respuesta bacteriana en una señal inalámbrica que puede ser recibida sin inconvenientes por cualquier teléfono inteligente o dispositivo móvil. Este enfoque se traduce en una aplicación más práctica a las necesidades actuales de información en salud.

El método diagnóstico es parte de un estudio que fue publicado en la edición digital de la revista Science, donde se explica que los científicos norteamericanos crearon sensores que responden al hemo (grupo prostético de varias hemoproteínas indispensables para el metabolismo celular, entre ellas la hemoglobina). La técnica mostró resultados positivos en la experimentación con cerdos. 

“Al combinar sensores biológicos de ingeniería junto con electrónica inalámbrica de baja potencia, podemos detectar señales biológicas en el cuerpo y casi en tiempo real, lo que permite nuevas capacidades de diagnóstico para aplicaciones de salud humana”, comentó Timothy Lu, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática y de ingeniería biológica del Instituto Tecnológico de Massachusetts. Junto a él, lidera el trabajo Anantha Chandrakasan, decano de la Escuela de Ingeniería del MIT y profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación.

“Nuestra idea era empaquetar células bacterianas dentro de un dispositivo. Las células quedarían atrapadas y acompañarían el viaje mientras el diminuto aparato recorre el estómago”, agregó Phillip Nadeau, colaborador en la investigación, al igual que el estudiante graduado Mark Mimee.

Según Anantha Chandrakasan, el principal objetivo de este trabajo fue el diseño y la integración de un sistema para combinar el poder de la detección bacteriana con circuitos de muy baja potencia y así disponer de nuevas aplicaciones de detección de enfermedades.

Actualmente, si se sospecha que un paciente está sangrando por una úlcera gástrica, se debe realizar una endoscopia para diagnosticar el problema, lo que generalmente requiere sedación. Con el nuevo sensor, se podría evitar este incomodo procedimiento con solo ingerir una cápsula y, en pocos minutos, contar con la información necesaria para determinar si existió un evento hemorrágico.

Los investigadores probaron el chip electrónico -que requiere aproximadamente 13 microvatios de potencia- en cerdos, demostrando que podía determinar correctamente si había sangre presente en el estómago. Ahora, planean reducir su tamaño y luego estudiar cuánto tiempo pueden sobrevivir las células bacterianas en el tracto digestivo del ser humano. Incluso, adelantaron que este sensor podría usarse una sola vez o bien modificarlo para permanecer en el tracto digestivo durante varios días o semanas, enviando señales continuas. También esperan desarrollar dispositivos para afecciones gastrointestinales que no sean hemorragias, como la enfermedad de Crohn.

En la etapa de experimentación, los científicos del MIT se centraron en la hemorragia en el tracto gastrointestinal y diseñaron una cepa probiótica de Escherichia coli para expresar un circuito genético que hace que las bacterias emitan luz cuando se encuentran con el hemo. Luego colocaron la bacteria en cuatro cavidades de un sensor de apenas 38 milímetros cubierto por una membrana semipermeable que permite que las pequeñas moléculas del entorno se difundan a través de ellas.

Mediante fototransistores se puede medir la cantidad de luz producida por las células bacterianas y transmitir la información a un microprocesador que envía una señal inalámbrica a un ordenador o teléfono inteligente cercano. Para analizar los datos, también construyeron una aplicación de Android. Los próximos pasos serán claves para dilucidar si el potencial de este experimento se logra traducir en una aplicación práctica y en un avance concreto en la detección de enfermedades.

Por Óscar Ferrari Gutiérrez

Mundo Médico

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