Los investigadores desarrollan una ‘computadora en el hueso’
dispositivos electrónicos ultradelgados para la superficie ósea, que se conectan directamente al hueso y que algún día podrían ayudar a los médicos a monitorear la salud ósea. Aquí se muestra aplicado a un hueso sintético en el Laboratorio Gutruf de la Universidad de Arizona. Crédito: Gutruf Lab
Un equipo de investigadores de la Universidad de Arizona ha desarrollado un dispositivo inalámbrico ultrafino que crece hasta la superficie del hueso y algún día podría ayudar a los médicos a controlar la salud y la curación de los huesos durante períodos prolongados. Los dispositivos, llamados electrónica de superficie ósea, se describen en un artículo publicado el jueves en Nature Communications.
«Como cirujano, estoy muy entusiasmado con el uso de mediciones recopiladas con electrónica de superficie ósea para algún día brindar a mis pacientes atención ortopédica individualizada con el objetivo de acelerar la rehabilitación y maximizar la función después de lesiones traumáticas», dijo el coautor principal del estudio, el Dr. David. Margolis, profesora asistente de cirugía ortopédica en la Facultad de Medicina de la Universidad de Arizona en Tucson y cirujana ortopédica en el Centro Médico de la Universidad de Banner en Tucson.
Las fracturas por fragilidad asociadas con condiciones como la osteoporosis representan más días de hospitalización que los ataques cardíacos, las mamas cáncer o cáncer de próstata. Aunque aún no se han probado ni aprobado para su uso en humanos, los dispositivos óseos inalámbricos algún día podrían usarse no solo para monitorear la salud, sino también para mejorarla, dijo el coautor principal del estudio, Philipp Gutruf, profesor asistente de ingeniería biomédica y Craig M. Miembro de la facultad de Berge en la Facultad de Ingeniería.
«Poder monitorear la salud del sistema musculoesquelético es muy importante», dijo Gutruf, quien también es miembro del Instituto BIO5 de la universidad. «Con esta interfaz, básicamente tienes una computadora en el hueso. Esta plataforma tecnológica nos permite crear herramientas de investigación para que los científicos descubran cómo funciona el sistema musculoesquelético y usar la información recopilada para beneficiar la recuperación y la terapia».
Debido a que los músculos están tan cerca de los huesos y se mueven con tanta frecuencia, es importante que el dispositivo sea lo suficientemente delgado para evitar irritar el tejido circundante o que se desprenda, explicó Gutruf.
«La estructura delgada del dispositivo, aproximadamente como grueso como una hoja de papel, significa que puede adaptarse a la curvatura del hueso, formando una interfaz estrecha», dijo Alex Burton, estudiante de doctorado en ingeniería biomédica y coautor del estudio. «Tampoco necesitan batería. Esto es posible usando un método de transmisión de energía y comunicación llamado comunicación de campo cercano, o NFC, que también se usa en los teléfonos inteligentes para pagos sin contacto».
El dispositivo es tan delgado como un hoja de papel y aproximadamente del tamaño de un centavo. Crédito: Gutruf Lab
El adhesivo cerámico se convierte en hueso
Las capas externas de los huesos se desprenden y se renuevan al igual que las capas externas de la piel. Entonces, si se usara un adhesivo tradicional para unir algo al hueso, se caería después de unos pocos meses. Para hacer frente a este desafío, el coautor del estudio y miembro del Instituto BIO5, John Sziveka, profesor de cirugía ortopédica e ingeniería biomédica, desarrolló un adhesivo que contiene partículas de calcio con una estructura atómica similar a las células óseas, que se utiliza para fijar la electrónica de la superficie ósea al hueso.
«El hueso básicamente piensa que el dispositivo es parte de él y crece hasta convertirse en el sensor mismo», dijo Gutruf. «Esto le permite formar un vínculo permanente con el hueso y tomar medidas durante largos períodos de tiempo».
Por ejemplo, un médico podría conectar el dispositivo a un hueso roto o fracturado para controlar el proceso de curación. Esto podría ser particularmente útil en pacientes con condiciones como la osteoporosis, ya que frecuentemente sufren refracturas. Saber qué tan rápido y qué tan bien se está curando el hueso también podría informar las decisiones de tratamiento clínico, como cuándo quitar el hardware temporal como placas, varillas o tornillos.
A algunos pacientes se les recetan medicamentos diseñados para acelerar la curación del hueso o mejorar la densidad ósea, pero estas recetas pueden tener efectos secundarios. El monitoreo óseo cercano permitiría a los médicos tomar decisiones más informadas sobre los niveles de dosis de los medicamentos.
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Los ingenieros imprimen en 3D dispositivos portátiles inalámbricos personalizados que nunca necesitan una carga. Comunicaciones de la naturaleza (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-27003-2 Información de la revista: Nature Communications
Proporcionado por la Universidad de Arizona Cita: Los investigadores desarrollan una computadora ultradelgada en el bone’ (2021, 23 de noviembre) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-11-ultra-thin-bone.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.