Sensor implantable biodegradable permite monitoreo en tiempo real de funciones corporales

Los sensores que monitorean la condición de un paciente durante y después de procedimientos médicos pueden ser costosos, incómodos e incluso peligrosos. Ahora, un equipo internacional de investigadores ha diseñado un sensor de gas flexible altamente sensible que puede implantarse en el cuerpo — y, después de que ya no se necesite, biodegradarse seguramente en materiales que son absorbidos por el cuerpo.

En un estudio, investigadores de Penn State reportaron que diseñaron un sensor flexible e implantable que puede monitorear varias formas de óxido nítrico (NO) y dióxido de nitrógeno (NO2) en el cuerpo. Monitorear estos tipos de gases es importante porque pueden jugar un papel benéfico, o a veces dañino, en la salud humana.

El óxido nítrico, por ejemplo, que se produce naturalmente en el cuerpo humano, juega un papel importante en la salud porque relaja o ensancha los vasos sanguíneos para mejorar el flujo sanguíneo, permitiendo que oxígeno y nutrientes circulen por el cuerpo. Por otro lado, la exposición al dióxido de nitrógeno del ambiente está vinculada a la progresión de condiciones como enfermedad pulmonar obstructiva crónica. El óxido nítrico es altamente reactivo y puede transformarse en dióxido de nitrógeno cuando se expone al oxígeno.

El equipo agregó un giro a su diseño de sensor al hacerlo de materiales que no solo son implantables, flexibles y elásticos, sino también biodegradables. Mientras que los dispositivos actuales se usan fuera del cuerpo para monitorear niveles de gas, Cheng dijo que son voluminosos y potencialmente no tan precisos como un dispositivo implantable. Los dispositivos implantables, sin embargo, necesitan ser removidos, lo que podría significar otra operación. Los investigadores investigaron un diseño que no necesita ser removido.

"Digamos que tienes una operación quirúrgica cardíaca; el monitor fuera del cuerpo podría no ser suficiente para detectar el gas", dijo el Profesor Huanyu "Larry" Cheng. "Podría ser mucho más benéfico monitorear los niveles de gas desde la superficie del corazón, o desde órganos internos. Este sensor de gas es implantable y biodegradable, también, que es otra dirección de investigación en la que hemos estado trabajando. Si el paciente se recupera completamente de una operación quirúrgica, ya no necesitan el dispositivo, lo que hace que los dispositivos biodegradables sean útiles."

Según los investigadores, todos los componentes son biodegradables en agua o fluidos corporales pero permanecen funcionales lo suficiente para capturar información sobre los niveles de gas. En este caso, los investigadores hicieron los conductores eléctricos del dispositivo de magnesio, y para los materiales funcionales, usaron silicio, que también es altamente sensible al óxido nítrico. El silicio es único — es el bloque de construcción para la electrónica moderna, se considera super-estable y es biodegradable. Puede disolverse de manera realmente lenta, alrededor de uno a dos nanómetros al día, dependiendo del ambiente. No solo el cuerpo puede absorber seguramente todos los materiales usados en el dispositivo, sino que se disuelven a un ritmo lo suficientemente lento que permitiría a los sensores funcionar en el cuerpo durante el período de recuperación del paciente.

El sensor fue probado en condiciones húmedas y soluciones acuosas para mostrar que podía funcionar establemente en las duras condiciones del cuerpo. El equipo usó recursos computacionales del supercomputador Roar de ICDS para crear simulaciones computacionales que pueden calcular cambios extremadamente pequeños causados por ligeros cambios de forma, o deformaciones, del material. Basaron su medición en resistencia, que puede cambiar basada en la absorción de gas.

Los investigadores dicen que el trabajo futuro podría mirar el diseño de sistemas integrados que podrían monitorear otras funciones corporales para envejecimiento saludable y diversas aplicaciones de enfermedades.