Investigadores desarrollan un detector de amoníaco en sangre portátil
Un prototipo del detector de amoníaco en sangre portátil y tiras reactivas asociadas, desarrollado por investigadores de Stanford. Crédito: Thomas Veltman
Sentados alrededor de la mesa, profesores afiliados a Stanford ChEM-Hone de los institutos interdisciplinarios de la Universidad de Stanford hablaron uno por uno y propusieron ideas para la investigación colaborativa. Inspirado por un acertijo médico reciente, Gilbert Chu, profesor de medicina (oncología) y de bioquímica en Stanford Medicine, llamó a un químico que pudiera ayudarlo a crear un sensor que pudiera medir de manera rápida, fácil y precisa los niveles de amoníaco en la sangre. . Justo al final de la mesa, Matthew Kanan, profesor asociado de química, registró una coincidencia impresionante: su estudiante graduado, Thomas Veltman, estaba trabajando en un sensor para medir el amoníaco en cualquier líquido.
En la edición de agosto de ACS Sensors, Chu, Kanan, Veltman y sus colegas Natalia Gomez-Ospina y Chun Tsai publicaron el producto de su colaboración: un detector de amoníaco portátil que, como los glucómetros utilizados para medir el azúcar en la sangre, evalúa los niveles de amoníaco de un pinchazo en el dedo o en el lóbulo de la oreja.
El amoníaco es un producto natural de la digestión que generalmente se procesa en urea en el hígado y se elimina del cuerpo en la orina. Demasiado amoníaco en la sangre puede causar disfunción mental y física y es una preocupación para las personas con enfermedades hepáticas o condiciones genéticas que dificultan el metabolismo del amoníaco. El nuevo dispositivo podría ser especialmente beneficioso para los recién nacidos con estas enfermedades metabólicas. En esta población, el daño cerebral puede ocurrir a las pocas horas de niveles elevados de amoníaco y, para recibir tratamiento, algunas familias deben conducir largas distancias para obtener pruebas adecuadas.
«He hablado con familias que tienen niños con esta afección sobre tener este tipo de dispositivo y los emociona porque, para ellos, las consecuencias de no controlar el amoníaco con precisión y rapidez son muy graves», dijo Natalia Gómez-Ospina, profesora asistente de pediatría y coautora del artículo. «Para estas familias, podría cambiarles la vida».
El sensor se probó en muestras de sangre de pacientes propensos a niveles elevados de amoníaco, y una versión portátil del dispositivo se probó en muestras de sangre dosificadas con amoníaco Los resultados fueron precisos en ambos casos. Ahora, los investigadores están realizando los ajustes finales en el diseño y la fabricación del dispositivo, con la esperanza de prepararlo para un estudio que pueda ser evaluado por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. (FDA).
A misterio médico
La paciente que inspiró la propuesta de colaboración de Chu fue llevada al hospital por su marido después de semanas de empeoramiento de la salud. Estaba delirando y no podía caminar. Nadie sabía qué estaba mal hasta que una prueba estándar de plasma sanguíneo reveló que tenía niveles muy elevados de amoníaco.
«Lo único que se me ocurrió fue: ¿Podría haber sido mi culpa?» dijo Chu, quien es coautor principal del artículo con Kanan. «Observé su quimioterapia, que había estado tomando. Era una forma oral de fluorouracilo, uno de los medicamentos de quimioterapia más antiguos. Este no era un efecto secundario conocido, pero la línea de tiempo coincidía con sus síntomas».
Siguiendo esta pista, Chu descubrió que, sin que ella lo supiera, la paciente tenía una anomalía anatómica, así como mutaciones genéticas que reducían la capacidad de su cuerpo para metabolizar el amoníaco. El medicamento de quimioterapia que tomó bloqueó la maquinaria del cuerpo para usar amoníaco para producir ARN. El bloqueo, a su vez, hizo que el paciente se volviera sintomático.
Una vez entendido, este fue un problema fácil de abordar con tratamientos conocidos. Pero, en el camino, Chu se enteró de que la prueba para medir los niveles de amoníaco era sorprendentemente ardua. Había que extraer sangre de una vena, transportarla rápidamente en hielo a un laboratorio de análisis, centrifugarla para separar el plasma y luego procesarla mediante un ensayo bioquímico. Incluso si todo sale a la perfección, los resultados tardan al menos dos horas, pero surgen problemas con frecuencia. Durante el tratamiento de su paciente, las muestras de sangre que tomó Chu fueron rechazadas dos veces.
«Hablé con el laboratorio sobre sus protocolos y me di cuenta de que, si tengo este problema, tiene que haber muchas hospitales comunitarios que tienen problemas aún mayores con estas pruebas», dijo Chu.
Un paciente en el estudio clínico de los investigadores era un recién nacido con un trastorno del metabolismo del amoníaco al que se le extrajo sangre 132 veces en 31 días, una cantidad equivalente a más de la mitad del volumen sanguíneo total del recién nacido promedio.
«La carga sobre los pacientes en nuestro estudio fue un poderoso motivador. A algunos se les hacían varias pruebas al día durante muchos días y cada una de ellas es una prueba venosa separada». dibujar», dijo Kanan. «Es mucha sangre y dolor, y si algo sale mal con la prueba, no vale nada».
Problemas grandes y pequeños
En contraste, el dispositivo actual requiere aproximadamente una gota de sangre menos del 1 por ciento de la sangre para la prueba estándar y, por lo tanto, se puede obtener con una punción en el dedo meñique o en el lóbulo de la oreja. El dispositivo en sí es del tamaño de un control remoto de televisión y, al igual que con un glucómetro, las gotas de sangre se colocan en una tira reactiva que se inserta en un extremo. Informa sobre el nivel de amoníaco en menos de un minuto.
Si bien el sensor que se encuentra dentro del dispositivo es muy similar a los sensores de amoníaco existentes que se usan para detectar gas tóxico de amoníaco en entornos industriales, las tiras reactivas están hechas desde cero. La sangre aplicada a un pequeño orificio en un extremo de la tira se desliza a través de un canal microscópico y se hunde en un pozo revestido de papel en el extremo opuesto, que está recubierto con un químico económico que libera el amoníaco de la muestra. Dentro del dispositivo, este pozo se encuentra directamente debajo del sensor de amoníaco.
Al construir y probar este prototipo, Veltman diseñó y construyó las tiras a mano. Hizo muchas mejoras paso a paso, optimizando el diseño para que las tiras se puedan producir en masa de manera simple y económica. Por ejemplo, dos de los mayores desafíos en la producción de las tiras fueron el diminuto volumen de la muestra y la pegajosidad natural del amoníaco.
«Cuanto más redujimos el volumen de sangre, más problemas surgieron», dijo Veltman, quien es el autor principal del artículo. «Cuando solo tiene una pequeña cantidad de amoníaco, los problemas químicos de la superficie se vuelven realmente importantes. Si no es correcto en cada tira, no obtendrá una lectura precisa porque el amoníaco se pega donde no debería».
Los investigadores han formado una empresa en torno a su invento con el objetivo final de lograr la aprobación de la tecnología por parte de la FDA.
«Desde el primer día, el objetivo fue un dispositivo que fuera utilizado por pacientes y sus familias para mejorar los resultados de salud», dijo Kanan. «A través de todos los desafíos, tener ese objetivo realmente ha mantenido unido el esfuerzo de colaboración».
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Los niveles de amoníaco no ayudan en el manejo de la encefalopatía hepática en pacientes cirróticos Más información: Thomas R. Veltman et al, Point-of-Care Analysis of Blood Ammonia with a Gas -Sensor de Fase, Sensores ACS (2020). DOI: 10.1021/acssensors.0c00480 Información de la revista: ACS Sensors
Proporcionado por la Universidad de Stanford Cita: Investigadores desarrollan un detector de amoníaco en sangre portátil (21 de julio de 2020) recuperado 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-07-portable-blood-ammonia-detector.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.