Parche Inteligente UC San Diego: Monitorización Real-Time de Presión Arterial, Frecuencia Cardíaca y Bioquímica

Ingenieros de la Universidad de California San Diego han desarrollado un parche cutáneo suave y elástico que puede llevarse en el cuello para monitorizar continuamente la presión arterial y la frecuencia cardíaca mientras mide los niveles de glucosa, lactato, alcohol o cafeína del usuario. Es el primer dispositivo vestible que monitoriza señales cardiovasculares y múltiples niveles bioquímicos en el cuerpo humano al mismo tiempo.

Este dispositivo podría beneficiar a personas que gestionan hipertensión y diabetes —individuos que también tienen alto riesgo de enfermar gravemente con COVID-19. También podría usarse para detectar el inicio de sepsis, caracterizada por una caída repentina de la presión arterial acompañada de un rápido aumento del nivel de lactato.

Un parche cutáneo suave que lo haga todo también ofrecería una alternativa conveniente para pacientes en unidades de cuidados intensivos, incluyendo bebés en la UCI neonatal, que necesitan monitorización continua de presión arterial y otros signos vitales. Estos procedimientos actualmente implican insertar catéteres profundamente en las arterias de los pacientes y atar a los pacientes a múltiples monitores hospitalarios.

"La novedad aquí es que tomamos sensores completamente diferentes y los fusionamos en una sola plataforma tan pequeña como un sello", dijo Joseph Wang, profesor de nanoingeniería en UC San Diego. "Podemos recopilar tanta información con este vestible y hacerlo de forma no invasiva, sin causar molestias ni interrupciones en la actividad diaria."

El parche es una lámina delgada de polímeros elásticos que se adaptan a la piel. Está equipado con un sensor de presión arterial y dos sensores químicos: uno que mide niveles de lactato (biomarcador de esfuerzo físico), cafeína y alcohol en sudor, y otro que mide niveles de glucosa en fluido intersticial.

El parche es capaz de medir tres parámetros a la vez, uno de cada sensor: presión arterial, glucosa y lactato, alcohol o cafeína.

El sensor de presión arterial se sitúa cerca del centro del parche. Consiste en un conjunto de pequeños transductores de ultrasonido soldados al parche con tinta conductora. Un voltaje aplicado a los transductores hace que envíen ondas de ultrasonido al cuerpo. Cuando las ondas rebotan en una arteria, el sensor detecta los ecos y traduce las señales en una lectura de presión arterial.

Los sensores químicos son dos electrodos impresos en pantalla sobre el parche con tinta conductora. El electrodo que detecta lactato, cafeína y alcohol se imprime en el lado derecho; funciona liberando pilocarpina en la piel para inducir sudor y detectar sustancias químicas en el sudor. El otro electrodo, que detecta glucosa, se imprime en el lado izquierdo; funciona pasando una corriente eléctrica suave a través de la piel para liberar fluido intersticial y medir la glucosa en ese fluido.

Los investigadores estaban interesados en medir estos biomarcadores particulares porque afectan la presión arterial. "Elegimos parámetros que nos darían una medición de presión arterial más precisa y fiable", dijo Juliane Sempionatto, doctoranda en nanoingeniería en el laboratorio de Wang.

"Digamos que está monitorizando su presión arterial y ve picos durante el día y piensa que algo va mal. Una lectura de biomarcador podría decirle si esos picos se debieron a ingesta de alcohol o cafeína. Esta combinación de sensores puede darle ese tipo de información", dijo.

En pruebas, los sujetos llevaron el parche en el cuello mientras realizaban combinaciones de: ejercicio en bicicleta estática, comer comida alta en azúcar, beber bebida alcohólica y beber bebida con cafeína. Las mediciones del parche coincidieron estrechamente con dispositivos comerciales como tensiómetro, medidor de lactato en sangre, glucómetro y alcoholímetro. Las mediciones de cafeína se verificaron en laboratorio midiendo muestras de sudor con cafeína.

Uno de los mayores desafíos fue eliminar interferencia entre señales de sensores. Los investigadores determinaron el espaciado óptimo entre sensor de presión arterial y sensores químicos: un centímetro funcionaba manteniendo el dispositivo pequeño.

También tuvieron que proteger físicamente los sensores químicos del sensor de presión arterial. Este último normalmente usa gel de ultrasonido líquido para lecturas claras. Pero los sensores químicos tienen sus propios hidrogeles y si el gel líquido fluye y contacta con los otros, causa interferencia. Así que usaron gel de ultrasonido sólido, que funciona igual de bien sin fugas.

El equipo ya trabaja en una nueva versión con más sensores. "Hay oportunidades para monitorizar otros biomarcadores asociados a diversas enfermedades. Buscamos añadir más valor clínico", dijo Sempionatto.

El trabajo en curso también incluye reducir la electrónica del sensor de presión arterial. Ahora necesita fuente de alimentación y máquina de sobremesa. El objetivo final es integrar todo en el parche y hacerlo inalámbrico.