El dispositivo implantable que podría salvar a los pacientes con diabetes que sufren hipoglucemia

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El rápido progreso de las tecnologías de detección altamente integradas, impulsado por los avances en electrónica sienta las bases de la simbiosis entre la biología y las tecnologías digitales. Los sensores y sistemas de detección que permiten la recolección continua y precisa de señales biológicas de alta fidelidad son tecnologías clave para la próxima generación de la medicina digital.

Dichos sistemas requieren un hardware sofisticado con requisitos de energía sustanciales y, en consecuencia, interfaces cableadas que atan a los sujetos a una ubicación específica, lo que complica la recuperación, limita los casos de uso aplicables e impacta negativamente en la fidelidad de la señal a través de la inducción de artefactos de movimiento. Además, las ataduras limitan el funcionamiento durante la actividad diaria, lo que reduce la calidad de vida, especialmente en el caso del diagnóstico y la terapia de enfermedades crónicas, como la diabetes, documenta un estudio de 'Biosensors and Biolectroincs'

Y esos avances en tecnología ya están dando sus frutos. Para las personas con diabetes tipo 1, desarrollar hipoglucemia, o niveles bajos de azúcar en la sangre, es una amenaza constante. Cuando los niveles de glucosa bajan demasiado, se crea una situación potencialmente mortal, para la cual el tratamiento estándar consiste en inyectar una hormona llamada glucagón.

Recordemos que en España, la prevalencia de diabetes tipo 1 ha alcanzado el 14,8%. Afecta a uno de cada siete adultos y es la segunda tasa más alta de Europa, según la Sociedad Española de Diabetes. 

Ahora y como respaldo de la urgencia que mencionábamos anteriormente y para los casos en que los pacientes pueden no darse cuenta de que su nivel de azúcar en sangre está cayendo a niveles peligrosos, los ingenieros del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, de sus siglas en inglés) han diseñado un reservorio implantable que puede permanecer debajo de la piel y activarse para liberar glucagón cuando los niveles de azúcar en sangre bajan demasiado. Este enfoque también podría ayudar en casos en los que se produce hipoglucemia durante el sueño o en niños diabéticos que no pueden administrarse inyecciones por sí solos, así como en mayores.

"Se trata de un pequeño dispositivo de emergencia que se coloca bajo la piel, donde está listo para actuar si la glucemia del paciente baja demasiado. Nuestro objetivo era desarrollar un dispositivo que estuviera siempre listo para proteger a los pacientes de la hipoglucemia. Creemos que esto también puede ayudar a aliviar el miedo a ella que sufren muchos pacientes y sus familiares”, ha destacado en un comunicado Daniel Anderson, profesor del Departamento de Ingeniería Química del MIT, miembro del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer y del Instituto de Ingeniería y Ciencias Médicas (IMES) del MIT, y coautor principal del estudio..

Glucagón y epinefrina

Los investigadores demostraron que este dispositivo también podría utilizarse para administrar dosis de emergencia de epinefrina, un medicamento que se utiliza para tratar ataques cardíacos y que también puede prevenir reacciones alérgicas graves, incluido el shock anafiláctico.

Siddharth Krishnan, ex científico investigador del MIT que ahora es profesor adjunto de ingeniería eléctrica en la Universidad de Stanford, es también coautor principal del estudio, que aparece en 'Nature Biomedical Engineering'.

La mayoría de los pacientes con diabetes tipo 1 se inyectan insulina diariamente para ayudar a su cuerpo a absorber el azúcar y evitar que los niveles de la misma en sangre suban demasiado. Sin embargo, si estos bajan demasiado, desarrollan hipoglucemia, que puede causar confusión y convulsiones, y puede ser mortal si no se trata. Para combatir la hipoglucemia, algunos pacientes llevan jeringas precargadas de glucagón, una hormona que estimula el hígado para que libere glucosa al torrente sanguíneo. Sin embargo, no siempre es fácil para las personas, especialmente para los niños, saber cuándo están sufriendo hipoglucemia.

"Algunos pacientes pueden percibir cuándo tienen un nivel bajo de azúcar y van a comer algo o a administrarse glucagón. Pero otros no son conscientes de que la padecen y pueden simplemente entrar en confusión y coma. Esto también es un problema cuando los pacientes duermen, ya que dependen de las alarmas del sensor de glucosa para despertarlos cuando el nivel de azúcar baja peligrosamente”, ha comentado Anderson. 

Para facilitar la lucha contra la hipoglucemia, el equipo del MIT se propuso diseñar un dispositivo de emergencia que pudiera activarse por la persona que lo utilizase o automáticamente mediante un sensor.

Radiografía del implante

El dispositivo, del tamaño aproximado de una moneda, contiene un pequeño depósito de fármaco fabricado con un polímero impreso en 3D. Está sellado con un material especial, conocido como aleación con memoria de forma, que puede programarse para cambiar de forma al calentarse. En este caso, el investigador utilizó una aleación de níquel-titanio programada para curvarse desde una placa plana hasta adoptar la forma de U al calentarse a 40 grados Celsius.

Al igual que muchos otros fármacos proteicos o peptídicos, el glucagón tiende a descomponerse rápidamente, por lo que su forma líquida no puede almacenarse a largo plazo en el organismo. En su lugar, el equipo del MIT creó una versión en polvo del fármaco, que se mantiene estable durante mucho más tiempo y permanece en el depósito hasta su liberación.

Cada dispositivo puede transportar una o cuatro dosis de glucagón e incluye una antena sintonizada para responder a una frecuencia específica en el rango de radiofrecuencia. Esto permite activarlo remotamente para generar una pequeña corriente eléctrica que calienta la aleación con memoria de forma. Cuando la temperatura alcanza los 40 grados, la placa se dobla en forma de U, liberando el contenido del depósito. Dado que el dispositivo puede recibir señales inalámbricas, también podría diseñarse para que la liberación del medicamento sea activada por un monitor de glucosa cuando el nivel de azúcar en sangre del usuario descienda por debajo de un determinado nivel.

“Una de las características clave de este tipo de sistema digital de administración de fármacos es que permite su comunicación con sensores. En este caso, la tecnología de monitorización continua de glucosa que utilizan muchos pacientes es fácil de conectar con este tipo de dispositivos", ha destacado afirma Krishnan

Revertir la hipoglucemia

Tras implantar el dispositivo en ratones diabéticos, los investigadores lo utilizaron para activar la liberación de glucagón a medida que los niveles de la misma en sangre de los animales descendían. En menos de 10 minutos, tras activar la liberación del fármaco, los nivelescomenzaron a estabilizarse, lo que les permitió mantenerse dentro del rango normal y evitar la hipoglucemia.

Los investigadores también probaron el dispositivo con epinefrina en polvo. Descubrieron que, a los 10 minutos de la administración del fármaco, los niveles de epinefrina en sangre se elevaban y la frecuencia cardíaca aumentaba. En este estudio, los investigadores mantuvieron los dispositivos implantados durante hasta cuatro semanas, pero ahora planean ver si pueden extender ese tiempo hasta al menos un año.

La idea es tener dosis suficientes para proporcionar este rescate terapéutico durante un período considerable. No sabemos exactamente cuánto durará, quizá un año, quizá varios años, y actualmente estamos trabajando para determinar cuál es la vida útil óptima. Pero después, sería necesario reemplazarlo, ha aseverado Krishnan. Normalmente, cuando se implanta un dispositivo médico en el cuerpo, se forma tejido cicatricial alrededor del mismo, lo cual puede interferir con su función. Sin embargo, en este estudio, los investigadores demostraron que, incluso después de formarse tejido fibrótico alrededor del implante, lograron activar la liberación del fármaco.

Los investigadores ahora están planeando estudios adicionales con animales y esperan comenzar a probar el dispositivo en ensayos clínicos dentro de los próximos tres años. "Es realmente emocionante ver a nuestro equipo lograr esto, que espero que algún día ayude a los pacientes diabéticos y pueda proporcionar, de manera más amplia, un nuevo paradigma para brindar cualquier medicina de emergencia", ha comentado Robert Langer, profesor del Instituto David H. Koch en el MIT, también autor del artículo.