El aumento de bacterias resistentes ha impulsado la innovación tecnológica, llevando a la creación de un parche sensor avanzado por el Laboratorio Nacional Sandia para monitorear antibióticos específicos en tiempo real.
Desafío: Resistencia bacteriana y la importancia de los antibióticos
Desde la introducción de la penicilina en 1928, las bacterias han evolucionado, encontrando maneras de contrarrestar el impacto de los antibióticos. No obstante, los médicos cuentan con un grupo selecto de antibióticos, poco comunes, que mantienen su eficacia contra ciertas cepas resistentes.
Uno de estos poderosos medicamentos es la vancomicina. Este antibiótico actúa como un último recurso contra infecciones bacterianas severas. La vigilancia en su administración es vital debido al delicado equilibrio que requiere para ser efectivo sin ser perjudicial para el paciente.
“Necesita supervisión constante”, declara Philip Miller, ingeniero biomédico del Laboratorio Sandia. En entornos clínicos, los médicos revisan a los pacientes con frecuencia, pero nuestro sistema innovador busca superar la demora existente en la medición de la vancomicina en sangre.
Innovación en monitoreo: El parche sensor de Sandia
Los investigadores de Sandia combinaron la tecnología de microagujas indoloras con sensores nanométricos, dando como resultado un parche portátil que monitorea de manera continua el nivel de antibióticos en el sistema.
Este diseño proviene de una microaguja estándar, similar a las usadas en dispositivos de insulina. Adam Bolotsky, científico de materiales en Sandia, utiliza un alambre de oro ultrafino, asegurándose de que esté adecuadamente aislado eléctricamente. Este mecanismo también incluye electrodos de referencia y contraelectrodos, hechos a partir de alambres revestidos de plata y platino.
El dispositivo final es un parche de plástico del tamaño aproximado de una moneda de plata. Bryan Weaver y Haley Bennett, ambos tecnólogos de Sandia, diseñaron este parche, capaz de adaptarse al número de microagujas necesarias. Los sensores nanométricos, denominados aptámeros, se adhieren químicamente al hilo de oro expuesto.
Aptámeros: El futuro de la detección de antibióticos
Los aptámeros son secuencias de ADN con una capacidad única: pueden detectar la presencia de la vancomicina. Cuando este antibiótico se une al ADN, se produce un cambio estructural que aproxima una sustancia eléctricamente reactiva a la superficie de oro del sensor. Este proceso modifica la corriente eléctrica, permitiendo al sistema reconocer variaciones en la concentración del medicamento.
La innovación presentada por los investigadores de Sandia no solo representa un avance tecnológico, sino que también promete transformar la manera en la que se monitorean y administran los antibióticos en entornos clínicos, ofreciendo respuestas más rápidas y precisas para garantizar la salud de los pacientes.
La fusión de tecnologías: microagujas y sensores aptámeros
Downs, durante su investigación doctoral, desarrolló un profundo entendimiento del sensor aptámero. Luego, al trasladar sus conocimientos a Sandia, integró este sensor con la especialidad de la empresa en microagujas. Estas últimas tienen la capacidad de brindar a los profesionales de la salud datos comparables a una muestra sanguínea, pero con menos incomodidad para el paciente.
“Juntando mi experiencia en detección por aptámeros y monitoreo en vivo con la técnica que Ronen Polsky y Phil Miller idearon en Sandia, pudimos miniaturizar de forma considerable el sistema de detección y confirmamos su funcionamiento en una microaguja”, detalló Downs.
El avance no terminó ahí. El grupo de investigadores evaluó la habilidad del sensor de microaguja para identificar vancomicina en una solución salina diseñada para simular el entorno interno humano. Tras lograrlo, se sometió el dispositivo a una prueba más rigurosa en sangre de vaca no diluida, confirmando nuevamente su eficacia.
Aplicación y retos en pruebas cutáneas
El equipo tenía dudas sobre si las microagujas y aptámeros serían efectivos una vez insertados en la piel. Para resolverlo, usaron un parche en piel de cerdo, monitoreando su señal electrónica y verificando su capacidad para detectar vancomicina. Downs expresó su inquietud sobre mantener una señal al introducirlo en la piel, ya que cada microaguja actúa como su propio electrodo sensor.
“Si los sensores no establecieran un adecuado contacto eléctrico, el sistema no daría resultados. Era una gran incertidumbre y algo no explorado en Sandia”, recalcó.
Con resultados positivos en las pruebas, el siguiente desafío es colaborar con otros investigadores para ensayos en seres humanos o animales, señalaron Downs y Miller. La meta principal es demostrar que el dispositivo puede operar en el cuerpo por un periodo extenso.
Potencialidades futuras y descubrimientos relacionados
Los hallazgos actuales abren la puerta a futuras adaptaciones. Se podría diseñar un sistema semejante con diferentes aptámeros de ADN para monitorear citocinas, proteínas vitales para la comunicación celular, u otras moléculas que varían con las infecciones. Estos sistemas podrían revolucionar la manera en que se diagnostican enfermedades, agilizando el proceso y siendo clave en emergencias.
Downs, en colaboración con Amelia Staats, indagó sobre qué componentes de la sangre y piel podrían interferir con la eficacia de los sensores a largo plazo. Descubrieron que el fibrinógeno, esencial en la coagulación, afecta la señal del sensor. Estos descubrimientos serán publicados próximamente.
“Este mecanismo puede emplearse en situaciones donde haya fluctuaciones químicas significativas en el organismo, permitiendo estudiar estos cambios a lo largo del tiempo para entender mejor los procesos internos”, concluyó Downs.
