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En Cierta Ciencia, de la mano de la genetista Josefina Cano nos acercamos, cada quince días, al trabajo de muchos investigadores que están poniendo todo su empeño en desenredar la madeja de esa complejidad que nos ha convertido en los únicos animales que pueden y deben manejar a la naturaleza para beneficio mutuo. Hablamos de historias de la biología.

No más agujas para tomar muestras de sangre

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Los pinchazos en las venas para tomar una muestra de sangre no son agradables. A muchas personas ni siquiera se las encuentran con facilidad y eso alarga y dificulta el proceso.

Pero las muestras de sangre son importantísimas pues con ellas se detectan, aparte de los niveles normales o no de múltiples indicadores del funcionamiento del cuerpo, bio marcadores de enfermedades: anticuerpos que indican una infección bacterial o viral o citoquinas que señalan enfermedades como la artritis o una sepsis peligrosa.

Esos biomarcadores no están solo en la sangre. Se encuentran también en el líquido denso que rodea a nuestras células aunque en cantidades tan bajas que dificultan su detección.

Ingenieros en el McKelvey School of Engineering en la Universidad de Washington, han desarrollado un parche equipado con micro agujas que se puede aplicar a la piel y que realiza con muy alta sensibilidad un análisis clínico.

La tecnología es barata y tan sencilla que permite que sea el propio paciente quien la use, eliminando así la ida a un centro médico para la toma de sangre.

Además del bajo costo y la facilidad de su uso, los parches tienen otra ventaja, no causan dolor alguno.

Las micro agujas, permiten que en lugar de usar una solución, necesaria para encontrar y cuantificar biomarcadores en la sangre, se lo pueda obtener de forma directa del líquido que rodea a las células de la piel, el conocido Fluido Intersticial Dérmico (FID). Una vez el biomarcador ha sido capturado, se identifica de la misma manera que en la sangre, usando coloración fluorescente.

El FID es una fuente rica de biomoléculas, desde neurotransmisores hasta desechos celulares. El desafío consistió en obtener la cantidad y la calidad suficiente de ellas para un buen análisis: eso lo pueden hacer la micro agujas.

Otro método consiste en capturar de forma directa un bio marcador tomándolo con un barrido de la piel. Pero la cantidad recolectada es baja. Es como ir a un concierto y atravesar la multitud para tratar de llegar cerca de los músicos. Demasiados escollos. Capturar un biomarcador en medio de la sopa del FID y luego identificarlo y cuantificarlo es muy difícil usando las técnicas convencionales.

Pero los investigadores echaron mano de un elemento eficaz, un marcador nano, que emite una fluorescencia ultra brillante. Su emisión de luz es unas 1400 veces más intensa que cualquier otro marcador fluorescente.

“Un biomarcador debía estar en el orden de unos pocos micro gramos por mililitro de fluido”, dice Zheyu Wang, estudiante en el laboratorio y parte del equipo. Con el nuevo nano fluorescente, el grupo fue capaz de detectar la presencia del biomarcador en el orden de los pico gramos por mililitro. “Varios órdenes de magnitud más sensible”.

Los parches juntan muchas ventajas y los vuelven una herramienta de gran impacto para la medicina, el cuidado de los pacientes y la investigación.

Con ellos también se podrá monitorear las reacciones del sistema inmunitario en un lapso de tiempo.

Esto es de especial importancia para los investigadores que están trabajando en las vacunas de la Covid-19 y necesitan saber si las personas están produciendo la cantidad adecuada de anticuerpos y por cuánto tiempo.

“Pongamos un parche y veamos si la persona tiene anticuerpos y cuál es su nivel”, dice Srikanth Singamaneni, profesor de ingeniería en el Departamento de Ciencias de Materiales de la Universidad de Washington.

O en una emergencia, “cuando alguien con un fuerte dolor en el pecho es llevado al hospital en una ambulancia. nosotros podremos aplicar el parche y en lugar de esperar a llegar, detectar la troponina, un biomarcador que indica un infarto del miocardio”, explica Jingyi Luan, estudiante de posgrado.

Para todas las personas con problemas médicos crónicos, que requieren un monitoreo regular, los parches con las micro agujas pueden eliminar idas al hospital, ahorrándose tiempo, dinero y malestares.

Los parches son en esencia no dolorosos. Sus micro agujas entran muy, pero muy poco profundo en la piel, ni siquiera llegan a tocar nervios sensoriales.

Además en el laboratorio, el uso de esta tecnología podrá limitar el número de animales necesarios para las investigaciones. Muchas veces los científicos requieren hacer mediciones sucesivas del fluido de biomarcadores, por ejemplo cuando se está siguiendo una infección y eso hace necesario realizar estudios en animales, muchos.

“Podremos bajar esos números de forma considerable usando nuestra tecnología”, dice Singamaneni.

“Tenemos mucho trabajo por delante. Debemos trazar los valores clínicos que correspondan a cantidades normales o a otras que indiquen una patología”.

Además el equipo estudia el poder enviar los parches a lugares distantes y difíciles, ofreciendo opciones para mejorar el cuidado sanitario para quienes no tienen acceso a él.

Singamamaneni y Erica L. Scheller, profesora asistente de Medicina en la división de Enfermedades de Huesos, están trabajando juntos para investigar la concentración de biomarcadores en tejidos óseos.

Los ensayos de hoy requieren el aislamiento de ciertos tejidos, algo que no siempre es posible y cuya continuidad necesaria no está garantizada. Los investigadores esperan poder solventar esos inconvenientes.

Trabajan también en la búsqueda de vacunas para la cocaína, que bloquearían la entrada de la droga al cerebro.

Las candidatas actuales a esas vacunas no duran por un tiempo largo y es necesario dar refuerzos frecuentes. Con el uso de los parches se podrá medir la cantidad de anticuerpos que la persona está produciendo sin necesidad de tomas continuas de sangre.

Los alcances de esta tecnología son enormes en la medicina y en futuras investigaciones que la usen para ampliar sus campos. Es el maravilloso resultado de la fusión del uso de la nano ciencia, la biomedicina y el ingenio de muchos investigadores.

Referencia:
Zheyu Wang Z., et al. Microneedle patch for the ultrasensitive quantification of protein biomarkers in interstitial fluid. Nature Biomedical Engineering, 2021

Más información en el Blog de Josefina Cano Cierta Ciencia

Obras de Josefina Cano:

Viaje al centro del cerebro. Historias para jóvenes de todas las edades (Amazon)

En Colombia en la Librería Panamericana y en Bogotá en la Librería Nacional

Viaje al centro del cerebro. Historias para jóvenes de todas las edades. (Planeta)


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