Crean biosensor autolimpiante que monitorea heridas infectadas en tiempo real: cómo funciona

Un equipo de Virginia Tech desarrolló un biosensor autolimpiante a escala nanométrica que podría permitir el monitoreo continuo de heridas infectadas y otras enfermedades, un avance orientado a la medicina personalizada dado que busca ofrecer a los médicos una lectura constante del estado del paciente en lugar de controles aislados, informó el portal científico Phys.org.

En las pruebas de laboratorio, el dispositivo fue expuesto a suero humano durante 24 horas y logró recuperar su sensibilidad para detectar piocianina, una molécula producida por la bacteria Pseudomonas aeruginosa que puede indicar infección. El sensor también mantuvo un funcionamiento confiable tras ciclos repetidos de regeneración y siguió registrando cambios moleculares vinculados con la progresión de la enfermedad en modelos de heridas durante ese mismo período.

La investigación, publicada en la revista Advanced Science, fue realizada por Aditya Garg, hoy investigador posdoctoral en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT); Wei Zhou, director del laboratorio de micro y nanofabricación de Virginia Tech y profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática; Peter Vikesland, profesor de ingeniería civil y ambiental; y Erin Gloag, profesora asistente en el Colegio de Medicina Veterinaria Virginia-Maryland.

Zhou explicó que el sensor autorregenerativo abre el camino a vendajes inteligentes y herramientas de cabecera capaces de detectar señales tempranas de infección y orientar tratamientos personalizados a tiempo.

Problemas de precisión en sensores cubiertos de biomaterial

El trabajo surgió de conversaciones con especialistas en el cuidado de heridas, quienes señalaron un problema concreto: una vez que el paciente sale de la clínica, no existe una forma sencilla de seguir lo que ocurre debajo del vendaje hasta la siguiente consulta.

Según explicó Zhou, muchas heridas crónicas, como las úlceras diabéticas o las quemaduras graves, no cicatrizan porque las infecciones bacterianas subyacentes son difíciles de vigilar de manera continua. El investigador señaló: “Muchos sensores tradicionales pierden precisión porque las proteínas ensucian sus superficies".

Ese deterioro limita a numerosos sensores moleculares que, aunque pueden detectar moléculas asociadas con enfermedades con gran sensibilidad, dejan de hacerlo en cuestión de horas cuando quedan recubiertos por proteínas y otros materiales biológicos presentes de forma natural en la sangre, los fluidos corporales y los tejidos. A medida que ese material se acumula en la superficie, la señal se debilita y el dispositivo debe limpiarse, regenerarse o reemplazarse.

Pulsos láser para recuperar sensibilidad y proteínas

Para resolver ese obstáculo, el equipo desarrolló un sensor blando con pequeñas cavidades de menos de 10 nanómetros, unas 5.000 veces más delgadas que un cabello humano.

La solución consistió en diseñar el sensor para que, cuando esas cavidades quedan expuestas a pulsos láser ultrarrápidos, generen burbujas microscópicas de cavitación. Esas burbujas producen calor localizado que desprende con suavidad las proteínas y otros residuos acumulados, lo que preserva la función del sistema.

La clave de este avance se encuentra en que este biosensor puede limpiarse sin ser reemplazado y recuperar la capacidad de detectar señales moleculares de infección tras quedar cubierto por material biológico. En la práctica, eso lo acerca al uso continuo en heridas crónicas, infecciones y otras enfermedades en las que la evolución cambia entre una consulta y la siguiente.

Aplicación del sistema en medicina y medioambiente

Aunque el estudio se concentró en infecciones de heridas crónicas, Vikesland indicó que la tecnología podría extenderse mucho más allá de ese campo. “Nuestro enfoque tiene potencial para ser ampliamente útil en cualquier entorno donde el monitoreo a largo plazo sea importante", afirmó. También sostuvo que la autolimpieza vuelve factible su despliegue en contextos ambientales y que podría emplearse para garantizar que el agua sea segura para beber y usar.

El seguimiento molecular prolongado es considerado una meta importante de la medicina personalizada porque permitiría observar en tiempo real cómo evoluciona una enfermedad o cómo responde a un tratamiento, en lugar de decidir sobre la base de instantáneas ocasionales como un análisis de laboratorio o una imagen diagnóstica.

Según detalló el portal, el mismo sensor podría utilizarse junto con dispositivos médicos implantables para advertir señales tempranas de complicaciones o ayudar a cirujanos a distinguir tejido sano de tejido canceroso durante un tratamiento. En infecciones, la medición continua permitiría seguir cómo cambian los patógenos y sus señales moleculares con el paso del tiempo y en respuesta a las terapias.

Antes de llegar a los pacientes, la tecnología deberá probarse en sistemas vivos para confirmar que se mantiene estable, segura y confiable durante períodos prolongados de uso. El equipo también prevé combinar el sensor con herramientas de aprendizaje automático para ordenar el flujo constante de señales moleculares y convertirlo en información útil para los médicos en tiempo real.

Garg enfatizó: “Nuestra visión a largo plazo es transformar la atención médica de reactiva a proactiva". Añadió: “En lugar de esperar a que aparezcan los síntomas o depender de pruebas periódicas, esperamos monitorear continuamente las señales moleculares de la enfermedad y ayudar a los médicos a intervenir antes para tomar decisiones informadas".