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De los sensores biomiméticos se ha hablado en el XII Ciclo de Conferencias y Debates en Ciencias Fundación Ramón Areces y Springer-Nature.
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De los sensores biomiméticos se ha hablado en el XII Ciclo de Conferencias y Debates en Ciencias Fundación Ramón Areces y Springer-Nature. (Foto: Fundación Ramón Areces)

Los sensores biomiméticos -ingeridos o cutáneos- revolucionan la medicina

jueves 06 de febrero de 2020, 14:21h

La Fundación Ramón Areces y Springer-Nature celebraneste jueves la XII edición de su ciclo de conferencias y debate en ciencias. En este caso, ambas instituciones se proponen analizar el papel que están asumiendo los sensores biomiméticos a la hora de diagnosticar y tratar distintas enfermedades. Para ello, han reunido a cuatro investigadores líderes en este campo, que han expuesto los logros conseguidos hasta el momento así como las metas que se marcan para los próximos años. Estos dispositivos ofrecen esperanza para muchos pacientes, como aquellos que sufren diabetes o enfermedades neurológicas, y representan una ventana para el avance en el conocimiento del cuerpo y la mente humanos. La ingeniería, la biomedicina y la bioética comparten laboratorios en este nuevo campo para la experimentación.

Estas interfaces biomiméticas -como los sensores cutáneos o aquellos que se pue­den ingerir- han revolucionado nuestra capacidad para monitorizar tejidos humanos de forma mínimamente invasiva y continua. También ofrecen grandes oportunidades para avanzar en el conocimiento y tratamiento de muchas enfermedades. Hasta ahora, la Medicina occidental se ha basado principal­mente en estudios de la población enferma (pacientes) monitorizados en un ambiente hospitalario. Con el advenimiento de dispositivos electrónicos y materiales capaces de medir parámetros fisiológicos de forma continuada y poco invasiva, se abren nuevas oportunidades para entender la salud, ade­más de la enfermedad, y para estudiar grupos más amplios y representativos de la población global. Estas herramientas están inspiradas en el funciona­miento de los sistemas biológicos, ya que son capaces de monitorizar los pa­trones fisiológicos y responder de forma precisa a estímulos biofísicos.

Nuevos materiales y dispositivos de interacción cerebral

Prof. George Malliaras

Profesor de Tecnología en Prince Philip. División de Ingeniería Eléctrica.
Universidad de Cambridge. Cambridge (Reino Unido).

El Prof. George Maillaras ha presentado sus resultados en el desarrollo de dispositivos de interacción cerebral diseñados para recoger señales débiles sin necesidad de implantar dispositivos intracerebrales. Los nuevos materiales que muestran una conductividad electrónica/iónica mixta permiten medir con alta fidelidad las señales débiles que emanan de las neuronas. Gracias a esta tecnología desarrollada por el grupo de George Maillaras, estos novedosos electrodos pueden medir señales de neuronas individuales sin penetrar en el cerebro. Además, los transistores en los que trabajan pueden aumentar aún más estas pequeñas señales, lo que permitirá detectar la actividad neuronal de manera más eficaz.

Sus principales logros

El desarrollo de matrices de microelectrodos ultra adaptables que registran señales de una sola neurona sin penetrar en el cerebro. Estas matrices se utilizan actualmente para mapear el cerebro de los pacientes epilépticos, con resultados muy interesantes.

Además, su grupo ha desarrollado el primer transistor que registra la actividad cerebral, con una relación señal/ruido récord. Esto ha permitido obtener resultados muchos más precisos de la actividad cerebral.

Por último, ha desarrollado un dispositivo que, a través de una técnica basada en la electroforesis, previene y detiene las convulsiones en un modelo de epilepsia en roedores mediante la administración localizada de medicamentos.

Su próximo reto

Actualmente está fabricando aparatos electrónicos que pueden cambiar de forma para ser implantados a través de un pequeño agujero en la médula espinal o en el cerebro con un procedimiento mínimamente invasivo con el objetivo de que luego se desplieguen y puedan cubrir un área mayor.

Terapia cerebral personalizada

Ana Maiques

Socia Fundadora y Directora Ejecutiva. Neuroelectrics. Barcelona y Massachusetts (EE.UU.)

Ana Maiques ha presentado los últimos dispositivos desarrollados por su compañía, Neurolectrics, en el campo de la estimulación craneal no invasiva y de alta definición, y su implementación como terapia cerebral personalizada. Esta terapia de neuromodulación se está utilizando actualmente para diagnosticar algunas enfermedades neuronales como la epilepsia o el dolor neuropático. También se utiliza en trastornos cognitivos para mejorar la memoria en situaciones de demencia o las funciones ejecutivas en niños con déficit de atención.

Sus principales logros

Ana Maiques considera que uno de sus mayores logros ha sido lanzar el primer estudio apoyado por la Federal Drugs Administration (FDA) de estimulación eléctrica no invasiva para pacientes con epilepsia que no responden a la medicación. Neurolectrics aspira a convertirse en la primera empresa a nivel mundial en conseguir esta aprobación por parte de la FDA para esta tecnología innovadora y “made in Spain”. Aquella idea que surgió en el Observatorio Fabra en Barcelona hace 15 años se está utilizando en más de 45 países para ayudar a pacientes que lo necesitan. Recientemente ha recibido una ayuda del European Research Council (proyecto Galvani) para desarrollar modelos cerebrales avanzados para la tratar la depresión.

Su próximo reto

El siguiente reto de Neurolectrics será conseguir que su tecnología se utilice masivamente a nivel domiciliario, no solo para tratar la epilepsia, sino para otras enfermedades como las neurodegenerativas (Enfermedad de Alzheimer o deterioro cognitivo). En su opinión, traer nuevas terapias en un campo tan complejo como el cerebro es difícil no solo por la ciencia (ya que es complejo entender los mecanismos de acción, las áreas interconectadas...) sino también por los aspectos regulatorios, de reembolso y acceso al mercado que implican.

Sensores microbioelectrónicos ingeribles para el seguimiento y diagnóstico de enfermedades

Dra. Rabia Tugce Yazicigil

Profesora adjunta. Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática.

Universidad de Boston. Boston (EE.UU.).

Los dispositivos electrónicos ingeribles son un avance tecnológico muy prometedor para el diagnóstico y el manejo de muchas enfermedades gastrointestinales. Las mejoras en el diseño microelectrónico de potencia ultra baja han permitido que se pueda evaluar el tracto gastrointestinal a través de imágenes y medir niveles de gases, temperatura y pH. La capacidad de estos dispositivos para registrar, procesar y transmitir información de manera eficiente e inalámbrica los convierte en una excelente opción para la monitorización no invasiva y continúa de enfermedades gastrointestinales. La Dra. Rabia Tugce Yazicigil describirá el dispositivo micro-bio-electrónico ingerible que ha desarrollado su grupo para detectar y medir biomarcadores en el tracto gastrointestinal. Este dispositivo biosensor permitirá monitorizar el nivel de inflamación del tracto gastrointestinal y así predecir la aparición de brotes de la enfermedad y establecer un tratamiento temprano.

Sus principales logros

Nuestro trabajo de investigación intenta superar los límites de nuestra capacidad actual para medir los biomarcadores de actividad de las enfermedades. El mayor logro de nuestro equipo hasta el momento ha sido demostrar el reporte inalámbrico de un sensor bacteriano dentro de un modelo animal. Uno de los retos más difíciles ha sido detectar la débil señal de bioluminiscencia sin necesidad de una gran batería. Hemos sido capaces de desarrollar una cápsula inalámbrica de solo un centímetro con todos los componentes necesarios para la detección bioquímica inalámbrica utilizando bacterias.

Su próximo reto

El siguiente reto al que se enfrenta nuestro equipo es la miniaturización de estas cápsulas ingeribles a escala milimétrica, así como la reducción del consumo de energía para que funcionen con recarga autónoma y así para permitir un uso a más largo plazo. Además, están modificando su diseño para que el dispositivo pueda recoger de manera simultánea múltiples analitos.

Sensores basados en el microbioma cutáneo

Dr. Marc Güell Cargol

Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud. Universitat Pompeu Fabra. Barcelona

El grupo de Marc Güell se ha dedicado principalmente a la edición génica utilizando la herramienta CRISPR/Cas9. En los últimos años, ha iniciado una nueva línea de investigación para modificar genéticamente las bacterias del microbioma con el objetivo de detectar cambios en el tejido cutáneo. Aprovechando la abundancia de la bacteria Cutibacterium acnes en la piel humana y su asociación con las glándulas sebáceas, su grupo está modificando los genes de cepas de estas bacterias para utilizarlas como sensores de anomalía. Por ejemplo, para detectar los cambios en la radiación que recibe la piel o en sus niveles de hormonas. Su objetivo es modificar estas bacterias para que no solo actúen como sensores, sino que también puedan modular cambios en la secreción sebácea o en el sistema inmunitario.

Sus principales logros

El principal logro del grupo ha sido conseguir que estas bacterias modificadas permanezcan en la piel de sujetos sanos y se incorporen al microbioma ya existente. Como todo ecosistema, ya sea microscópico o macroscópico, en la piel existe una intrincada relación entre las distintas especies que la habitan y la llegada de una nueva cepa, aunque sea de la misma especie de las ya existentes, supone un reajuste de su equilibrio habitual.

Su próximo reto

Desarrollar una serie de sensores bacterianos que sean precisos en la detección de cambios y, a la vez, muy sensibles para que puedan detectar mínimas variaciones. Por otro lado, consideran que es muy importante desarrollar estos sensores de manera que no altere ni al huésped ni al ambiente de la piel.

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