Una nueva generación de parches bioelectrónicos monitoriza los procesos de inflamación y cicatrización de las lesiones cutáneas
La mayoría de las veces, cuando alguien sufre un corte, una raspadura, una quemadura u otra herida leve, el cuerpo se cuida por sí solo de atajar el problema. Inmediatamente después de la lesión, la sangre penetra en la herida desde los vasos sanguíneos dañados y, por arrastre, el fluido vital retira los cuerpos extraños; algunos segundos después, los vasos se contraen para reducir el sangrado y en paralelo acuden al lugar unas células sanguíneas especiales, denominadas plaquetas, que se adhieren unas a otras para formar un tapón. Este es estabilizado por la fibrina, una proteína que ayuda a contener la hemorragia. En paralelo, acudirán al lugar diferentes hordas de células que acabarán por cicatrizar y borrar la lesión: los leucocitos y los macrófagos limpiarán la herida; los fibroblastos forman colágeno nuevo para reemplazar el tejido perdido; y los queratinocitos forman una nueva epidermis. Cuanto más pequeña sea la herida, más rápidamente sanará; y cuanto más grande o más profunda sea, más tiempo tardará en ser reparada, la mayoría de las veces con una inevitable intervención médica: curas, puntos de sutura, vendajes, antiinflamatorios, antibióticos…
Pero este no es siempre el caso. Existe un tipo de heridas, conocidas en su conjunto como crónicas, que no desaparecen o que tardan mucho en hacerlo y que, a pesar de los cuidados médicos, pueden llegar a infectarse, a ser muy dolorosas y literalmente a pudrirse. Estas heridas, como son las úlceras por presión —las que se manifiestan en áreas de piel lesionada por permanecer en una misma posición durante demasiado tiempo—, las úlceras de la extremidad inferior —causadas por una enfermedad venosa o una insuficiencia arterial— o las lesiones de pie diabético, no solo debilitan a las personas que las padecen y merman terriblemente su calidad de vida, sino que también suponen una carga considerable para los sistemas de atención médica, debido a los enormes costes que acarrean a los sistemas de atención médica. Solo en Estados Unidos, las heridas que no se cierran afectan a más de 6,7 millones de personas y su tratamiento asciende a 25.000 millones de dólares al año.
Los vendajes inteligentes de Wei Gao son flexibles, lo que les permite permanecer en la piel incluso cuando se estira y se mueve
El parche bioelectrónico e inalámbrico se ha aplicado con éxito en ratas diabéticas
Un nuevo tipo de vendaje inteligente desarrollado por ingenieros del Instituto Tecnológico de California (Caltech) promete hacer que la cura de estas graves heridas, así como de las grandes quemaduras y las complicaciones quirúrgicas, sea más sencilla, más efectiva, menos dolorosa y menos costosa. El ingenio en cuestión es un parche bioelectrónico, inalámbrico y elástico como una tirita, que favorece la cicatrización mediante la estimulación eléctrica y la liberación controlada de fármacos en el lugar de la lesión. El vendaje inteligente, que ha demostrado acelerar la cicatrización de heridas en ratones diabéticos, ha sido desarrollado en el laboratorio de Wei Gao, profesor de Ingeniería Médica del Caltech.
«Hay muchas clases de heridas crónicas, especialmente las úlceras que afectan a los diabéticos y los quemados, que duran mucho tiempo y causan grandes problemas al paciente —afirma Gao. Y añade—: Existe una clara demanda de tecnología que pueda facilitar su recuperación».
A diferencia de los vendajes clásicos, que por lo general consisten solo en una serie de capas de material absorbente, los inteligentes están confeccionados con un polímero flexible y elástico que integra componentes electrónicos y medicamentos que son liberados de forma precisa. En este sentido, la electrónica permite que el sensor controle los niveles de determinadas moléculas, como la glucosa, el ácido úrico o el lactato, y condiciones fisiológicas, caso del nivel de pH y la temperatura en la herida, que pueden ser indicativos de una inflamación o la presencia de bacterias. No hay que olvidar que las infecciones bacterianas son frecuentes en las heridas de larga duración, lo que impide una cicatrización adecuada y, a veces, provocan graves complicaciones e incluso la muerte.
Un vendaje inteligente descansa sobre una mano
Un vendaje que se conecta con tu teléfono móvil
En palabras de Gao, su parche bioelectrónico, que de comercializarse constaría de una parte electrónica reutilizable y un sensor desechable y muy económico, puede responder a nivel clínico de tres maneras diferentes. En primer lugar, es capaz de transmitir los datos recopilados de la herida de forma inalámbrica a un ordenador, una tableta o un teléfono móvil cercano al paciente y lanzarlos al doctor para llevar a cabo un óptimo seguimiento de la evolución de la cicatrización. Por otro lado, el vendaje puede administrar un antibiótico u otro medicamento, mediante un hidrogel electroactivo, directamente en el lugar de la lesión, para combatir un indeseable proceso inflamatorio o una infección. Por último, tiene la opción de aplicar un campo eléctrico de bajo nivel a la herida para estimular el crecimiento del tejido y acelerar la curación.
Gau y sus colegas del Caltech probaron el dispositivo en ratas de laboratorio con diabetes, que se movieron libremente, para así acelerar la cicatrización de sus heridas, durante catorce días. Los resultados de la investigación, que han sido publicados en la revista Science Advances, demuestran que el vendaje bioelectrónico posee una gran capacidad de adhesión, elasticidad y flexibilidad, y que funciona a la perfección a la hora de proporcionar actualizaciones en tiempo real sobre el estado y la evolución de la herida y la situación metabólica de los roedores. Y lo que no es menos importante: las heridas crónicas de los animales, similares a las que padecen los humanos, se curaron de manera más rápida que con los tratamientos convencionales.
Gao se muestra optimista con los resultados del trabajo y anuncia que el siguiente paso es mejorar la tecnología del vendaje y probarlo en pacientes humanos, cuyas necesidades terapéuticas pueden ser diferentes a las de los animales de laboratorio.
«Hemos mostrado el parche en modelos de animales pequeños, pero en el futuro nos gustaría aumentar la estabilidad del dispositivo, pero también probarlo en heridas crónicas de mayor envergadura, porque los parámetros de la herida y el microambiente pueden variar de un sitio a otro —confiesa el experto—. Nuestro parche portátil representa una plataforma versátil para evaluar las condiciones de la herida y la terapia inteligente, y se puede reconfigurar fácilmente para monitorizar distintos biomarcadores metabólicos e inflamatorios en el cuidado de las heridas crónicas y tratarlas con efectos secundarios mínimos».
El profesor Guillermo Ameer sostiene en la mano el pequeño y delgado dispositivo flexible.
Una tecnología que ha llegado para quedarse
Sin duda alguna, este tipo de vendajes electrónicos jugará una baza importante en la cura de las heridas rebeldes. Son numerosos los proyectos de investigación que están trabajando en esta línea. Sin ir más lejos, el pasado mes de febrero, investigadores de la Universidad Northwestern (EE. UU.) presentaron un vendaje electrónico similar al desarrollado por el Caltech que acelera la curación de heridas mediante la administración de electroterapia directamente en el sitio de la herida. En un estudio con animales, el nuevo vendaje, pequeño y flexible, cerró las úlceras diabéticas un 30 % más rápido en los que portaban el parche, también inalámbrico y capaz de transmitir datos en tiempo real. Una vez completada la curación, el vendaje y los dispositivos electrónicos se absorben en el cuerpo de manera inofensiva.
La diabetes afecta a seis millones de españoles
El nuevo dispositivo podría proporcionar una herramienta poderosa para los pacientes con diabetes (en España, afecta a casi seis millones de personas), cuyas úlceras pueden provocar diversas complicaciones, incluida la amputación de extremidades (el 70 % de ellas están relacionadas con esta patología) o incluso la muerte.
«Cuando una persona desarrolla una herida, el objetivo siempre es cerrarla lo más rápido posible —dice Guillermo A. Ameer, uno de los autores del estudio—. De lo contrario, una lesión abierta es susceptible de infectarse. Y, para las personas con diabetes, las infecciones son aún más difíciles de tratar y más peligrosas. Para estos pacientes, existe una gran necesidad insatisfecha de disponer de soluciones baratas que realmente funcionen. Nuestro nuevo vendaje es rentable, fácil de aplicar, adaptable, cómodo y eficaz para cerrar heridas y prevenir infecciones y complicaciones adicionales».
El vendaje envía señales eléctricas que ayudan a revertir las heridas crónicas, según Ameer. «Las lesiones pueden alterar las señales eléctricas normales del cuerpo. Al aplicar estimulación eléctrica, puedes restaurar la señalización normal del cuerpo, y atraer nuevas células reparadoras que migren al lecho de la herida», explica.
Sin duda alguna, nuestro organismo depende de las señales eléctricas para funcionar de forma correcta. «[Con el parche inteligente] tratamos de restaurar o promover un ambiente eléctrico más normal a lo largo de la herida. Observamos que las células migran rápidamente a la zona lesionada y regeneran el tejido cutáneo degradado. El nuevo tejido dérmico incluía nuevos vasos sanguíneos y la inflamación se redujo», dice Ameer.
Un electrodo que se degrada y resulta inocuo para el organismo
El parche bioelectrónico diseñado por Ameer, junto con su colega John A. Rogers, es un alarde de la ingeniería. Uno de sus lados, el regenerativo, contiene dos electrodos: uno con forma de flor, que se coloca justo encima del lecho de la herida; y otro con forma de anillo, que reposa sobre el tejido sano y rodea toda la lesión. El otro lado del dispositivo contiene una bobina de captación de energía, que alimenta el sistema, y un sistema de comunicación de campo cercano (NFC), para lanzar datos de forma inalámbrica en tiempo real.
Cuando la herida se cura, el electrodo en forma de flor simplemente se disuelve en el cuerpo, lo que evita la necesidad de recuperarlo. El equipo fabricó los electrodos a partir de un metal llamado molibdeno, que se usa ampliamente en aplicaciones electrónicas y de semiconductores. Ameer y Rogers descubrieron que cuando el molibdeno es lo suficientemente delgado, puede biodegradarse. Además, no interfiere con el proceso de curación.
«Somos los primeros en demostrar que el molibdeno se puede utilizar como electrodo biodegradable para la cicatrización de heridas —afirma Ameer—. Después de unos seis meses, la mayor parte de él se había esfumado en los animales tratados. Y encontramos que hay muy poca acumulación en los órganos. Nada fuera de lo común. Como la cantidad de metal que usamos para fabricar estos electrodos es muy pequeña no esperamos que cause ningún problema importante», concluye Ameer, que ya piensa en probar el vendaje en pacientes diabéticos.
Artículo publicado por Enrique Coperías
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