Diminuto implante inalámbrico detecta oxígeno en las profundidades del cuerpo
Este implante inalámbrico, desarrollado por ingenieros de la Universidad de California, Berkeley, puede medir la oxigenación del tejido vivo en las profundidades de la superficie de la piel. Crédito: UC Berkeley foto de Soner Sonmezoglu
Ingenieros de la Universidad de California, Berkeley, han creado un diminuto implante inalámbrico que puede proporcionar mediciones en tiempo real de los niveles de oxígeno en los tejidos en las profundidades de la piel. El dispositivo, que es más pequeño que la mariquita promedio y funciona con ondas de ultrasonido, podría ayudar a los médicos a controlar la salud de los órganos o tejidos trasplantados y proporcionar una advertencia temprana de posibles fallas en el trasplante.
La tecnología, creada en colaboración con médicos de la Universidad de California en San Francisco, también allana el camino para la creación de una variedad de sensores miniaturizados que podrían rastrear otros marcadores bioquímicos clave en el cuerpo, como el pH o el dióxido de carbono. . Estos sensores algún día podrían proporcionar a los médicos métodos mínimamente invasivos para monitorear la bioquímica dentro de los órganos y tejidos en funcionamiento.
«Es muy difícil medir cosas en el interior del cuerpo», dijo Michel Maharbiz, profesor de ingeniería eléctrica. y ciencias de la computación en UC Berkeley y Chan Zuckerberg Biohub Investigator. «El dispositivo demuestra cómo, utilizando la tecnología de ultrasonido junto con un diseño de circuito integrado muy inteligente, se pueden crear implantes sofisticados que penetran muy profundamente en el tejido para tomar datos de los órganos».
Maharbiz es el autor principal de un nuevo artículo que describe el dispositivo, que aparece en la revista Nature Biotechnology.
El oxígeno es un componente clave para la capacidad de las células para aprovechar la energía de los alimentos que comemos, y casi todos los tejidos del cuerpo requieren un suministro constante. para poder sobrevivir. La mayoría de los métodos para medir la oxigenación de los tejidos solo pueden proporcionar información sobre lo que sucede cerca de la superficie del cuerpo. Esto se debe a que estos métodos se basan en ondas electromagnéticas, como la luz infrarroja, que solo pueden penetrar unos pocos centímetros en la piel o el tejido de los órganos. Si bien existen tipos de imágenes por resonancia magnética que pueden proporcionar información sobre la oxigenación de los tejidos profundos, requieren largos tiempos de escaneo y, por lo tanto, no pueden proporcionar datos en tiempo real.
Desde 2013, Maharbiz ha estado diseñando implantes miniaturizados. que utilizan ondas ultrasónicas para comunicarse de forma inalámbrica con el mundo exterior. Las ondas ultrasónicas, que son una forma de sonido de frecuencia demasiado alta para ser detectadas por el oído humano, pueden viajar sin causar daño a través del cuerpo a distancias mucho más largas que las ondas electromagnéticas y ya son la base de la tecnología de imágenes por ultrasonido en la medicina. Un ejemplo de un dispositivo de este tipo es Stimdust, diseñado en colaboración con el profesor asistente de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación de UC Berkeley, Rikky Muller, que puede detectar y estimular descargas nerviosas eléctricas en el cuerpo.
Un esquema del implante detector de oxígeno, que mide 4,5 centímetros de largo por 3 centímetros de ancho. El LED, la película sensora de O2 y el filtro óptico forman el sensor de oxígeno y están controlados por un circuito integrado (IC). El piezo-cristal convierte una señal electrónica del IC en ondas ultrasónicas que se pueden transmitir de forma segura a través del tejido vivo. Crédito: Imagen de UC Berkeley por Soner Sonmezoglu
Soner Sonmezoglu, investigador postdoctoral en ingeniería en UC Berkeley, lideró el esfuerzo para expandir las capacidades del implante para incluir la detección de oxígeno. La incorporación del sensor de oxígeno implicó la integración de una fuente de luz LED y un detector óptico en el pequeño dispositivo, así como el diseño de un conjunto más complicado de controles electrónicos para operar y leer el sensor. El equipo probó el dispositivo monitoreando los niveles de oxígeno dentro de los músculos de ovejas vivas.
Sonmezoglu señala que este tipo de sensor de oxígeno difiere de los oxímetros de pulso que se usan para medir la saturación de oxígeno en la sangre. Mientras que los oxímetros de pulso miden la proporción de hemoglobina en la sangre que se oxigena, el nuevo dispositivo puede medir directamente la cantidad de oxígeno en el tejido.
«Una aplicación potencial de este dispositivo es monitorear trasplantes de órganos, porque en los meses posteriores al trasplante de órganos, pueden ocurrir complicaciones vasculares, y estas complicaciones pueden conducir a una disfunción del injerto», dijo Sonmezoglu. «También podría usarse para medir la hipoxia tumoral, lo que puede ayudar a los médicos a guiar la radioterapia contra el cáncer».
Los coautores del estudio Jeffrey Fineman y Emin Maltepe, ambos pediatras en la UCSF y miembros de la Iniciativa para el Desarrollo de Medicamentos y Dispositivos Pediátricos, se involucró en el trabajo debido a su potencial para monitorear el desarrollo fetal y cuidar a los bebés prematuros.
«En los bebés prematuros, por ejemplo, con frecuencia necesitamos administrar oxígeno suplementario pero no tenemos una lectura confiable de la concentración de oxígeno en los tejidos», dijo Maltepe. «Más versiones miniaturizadas de este dispositivo podrían ayudarnos a manejar mejor la exposición al oxígeno en nuestros bebés prematuros en la sala de cuidados intensivos y ayudar a minimizar algunas de las consecuencias negativas de la exposición excesiva al oxígeno, como la retinopatía del prematuro o la enfermedad pulmonar crónica».
La tecnología podría mejorarse aún más, dijo Sonmezoglu, alojando el sensor para que pueda sobrevivir a largo plazo en el cuerpo. Miniaturizar aún más el dispositivo también simplificaría el proceso de implantación, que actualmente requiere cirugía. Además, dijo, la plataforma óptica en el sensor podría adaptarse fácilmente para medir otra bioquímica en el cuerpo.
«Simplemente cambiando esta plataforma que construimos para el sensor de oxígeno, puede modificar el dispositivo para medir, por ejemplo, el pH, las especies reactivas de oxígeno, la glucosa o el dióxido de carbono», dijo Sonmezoglu. «Además, si pudiéramos modificar el empaque para hacerlo más pequeño, se podría imaginar poder inyectar en el cuerpo con una aguja o mediante cirugía laparoscópica, facilitando aún más la implantación».
Explore más
El sensor similar a la piel mapea los niveles de oxígeno en la sangre en cualquier parte del cuerpo Más información: Soner Sonmezoglu et al, Monitoreo de la oxigenación del tejido profundo con un implante ultrasónico a escala milimétrica, Naturaleza Biotecnología (2021). DOI: 10.1038/s41587-021-00866-y Información del diario: Nature Biotechnology
Proporcionado por la Universidad de California – Berkeley Cita: Diminuto implante inalámbrico detecta oxígeno en lo profundo the body (14 de abril de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-04-tiny-wireless-implant-oxygen-deep.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.