Este gel inyectable puede ayudar a diagnosticar una lesión cerebral y luego desaparece

Los investigadores han desarrollado sensores inalámbricos biodegradables que pueden monitorear los cambios en el cerebro después de una lesión en la cabeza o un tratamiento contra el cáncer, sin necesidad de cirugía. En ratas y cerdos, los sensores blandos funcionaron de manera similar a los sensores de alambre tradicionales hasta un mes después de la inyección subcraneal.

Los sensores basados ​​en gel miden marcadores de salud clave, como la temperatura, el pH y la presión. “Es muy probable que esta tecnología sea útil para las personas en entornos médicos”, afirma el coautor del estudio Yuying Yang, ingeniero biomédico de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong (HUST) en Wuhan, China. Los resultados fueron publicados hoy en naturaleza¹.

“Es un estudio muy completo”, afirma Christopher Reich, que está desarrollando dispositivos microimplantables en la Universidad de Utah en Salt Lake City.

escaneo cerebral

Durante muchos años, los científicos han estado desarrollando Sensores cerebrales Que se puede implantar dentro del cráneo. Pero muchos de estos dispositivos dependen de cables para transmitir datos a los médicos. Los cables son difíciles de insertar y quitar y crean aberturas en la piel por las que entran virus y bacterias al cuerpo. Los sensores inalámbricos ofrecen una solución a este problema, pero se ven frustrados por su alcance de comunicación limitado y su tamaño relativamente grande. Desarrollar sensores que puedan acceder al cerebro y monitorearlo es “muy difícil”, dice Omid Kavehi, ingeniero biomédico especializado en neurotecnología de la Universidad de Sydney en Australia.

Para superar estos desafíos, Yang y sus colegas crearon un conjunto de sensores en forma de cubo de 2 milímetros. hidrogelEs un material suave y flexible que se utiliza a menudo en la regeneración de tejidos y la administración de fármacos. Los sensores de gel cambian de forma bajo diferentes temperaturas, presiones y condiciones de pH, y responden a las vibraciones causadas por cambios en el flujo sanguíneo en el cerebro. Cuando los sensores se implantan debajo del cráneo y se examinan con una sonda de ultrasonido (una herramienta que ya se utiliza para obtener imágenes del cerebro humano en las clínicas), estos cambios se pueden detectar en forma de ondas de ultrasonido que atraviesan el cráneo. Los pequeños cubos de gel se disuelven completamente en la solución salina después de unos cuatro meses y comienzan a descomponerse en el cerebro después de cinco semanas.

Caliente y fría

Los investigadores confirmaron que el gel no era dañino ni tóxico en los cultivos celulares. Luego utilizaron una aguja punzante para inyectarla a 5 milímetros de profundidad debajo del cráneo de los ratones y colocaron sensores de ultrasonido en sus cabezas. A modo de comparación, también implantaron sensores cableados que se utilizan actualmente en las clínicas para rastrear los cambios dentro del cerebro.

Para probar los geles, los investigadores primero exprimieron el estómago de los ratones, lo que aumentó el flujo de líquido cefalorraquídeo y sangre al cerebro y provocó que aumentara la presión dentro de sus cráneos. El sensor de detección de presión detectó el cambio con un poco más de precisión que un dispositivo convencional. También registró un aumento de presión en el cráneo de un ratón con una lesión cerebral. Cuando el equipo colocó una manta térmica o una bolsa de hielo cerca de las cabezas de los ratones, el sensor de temperatura registró los cambios tal como lo hacía una sonda de temperatura con cable.

El rendimiento del gel se mantuvo estable hasta un mes después de su inyección en el cerebro, y luego comenzó a descomponerse. Los ratones no mostraron signos de efectos nocivos cuando los sensores comenzaron a disolverse. La capacidad de rastrear la presión, la temperatura y el pH podría ser útil para diagnosticar lesiones cerebrales y monitorearlas a lo largo del tiempo, dice el coautor del estudio Hanquan Tang, también ingeniero biomédico en HUST. Añade que el gel también se puede implantar después de extirpar los tumores para controlar la recurrencia del cáncer.

respiración

Los investigadores también implantaron los sensores en un cerdo y descubrieron que eran lo suficientemente sensibles como para detectar cambios mínimos de presión causados ​​por la respiración del animal, una característica que la sonda de alambre no pudo detectar.

Aunque los resultados son impresionantes, se necesita más trabajo para evaluar si los sensores son lo suficientemente seguros para ser utilizados en humanos, afirma Julia Körner, que está desarrollando sensores biomédicos basados ​​en hidrogel en la Universidad Leibniz de Hannover, en Alemania. La gran pregunta, dice, es si los subproductos que se forman cuando los sensores funcionan mal son dañinos o si pueden acumularse en otras partes del cuerpo.

Tang dice que seguirán investigando la integridad de su sistema. También planean ajustarlo para que funcione de manera estable durante períodos más largos y explorar cómo fabricar los dispositivos a gran escala.