Imagen. / MIT

Ingenieros del MIT y Caltech han demostrado un sensor ingerible cuya ubicación se puede monitorear a medida que se mueve a través del tracto digestivo, un avance que podría ayudar a los médicos a diagnosticar más fácilmente los trastornos de la motilidad gastrointestinal como el estreñimiento, la enfermedad por reflujo gastroesofágico y la gastroparesia.

El diminuto sensor funciona detectando un campo magnético producido por una bobina electromagnética ubicada fuera del cuerpo. La fuerza del campo varía con la distancia desde la bobina, por lo que la posición del sensor se puede calcular en función de su medición del campo magnético.

En el nuevo estudio, los investigadores demostraron que podían usar esta tecnología para rastrear el sensor a medida que se movía a través del tracto digestivo de animales grandes. Dicho dispositivo podría ofrecer una alternativa a procedimientos más invasivos, como la endoscopia, que se utilizan actualmente para diagnosticar trastornos de la motilidad.

"Muchas personas en todo el mundo sufren de dismotilidad GI o motilidad deficiente, y tener la capacidad de monitorear la motilidad GI sin tener que ir a un hospital es importante para comprender realmente lo que le está sucediendo a un paciente", dice Giovanni Traverso, profesor asociado de ingeniero mecánico en MIT y gastroenterólogo en Brigham and Women´s Hospital.

Traverso es uno de los autores principales del nuevo estudio, junto con Azita Emami, profesora de ingeniería eléctrica e ingeniería médica en Caltech, y Mikhail Shapiro, profesor de ingeniería química en Caltech e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. Saransh Sharma, estudiante de posgrado en Caltech, y Khalil Ramadi SM ´16, PhD ´19, quien ahora es profesor asistente de bioingeniería en la Universidad de Nueva York, son los autores principales del artículo, que aparece hoy en Nature Electronics .

Un sensor magnético

Los trastornos de la motilidad GI, que afectan a unos 35 millones de estadounidenses, pueden ocurrir en cualquier parte del tracto digestivo, lo que provoca que los alimentos no se muevan a través del tracto. Por lo general, se diagnostican mediante estudios de imágenes nucleares o rayos X, o mediante la inserción de catéteres que contienen transductores de presión que detectan las contracciones del tracto GI.

Los investigadores del MIT y Caltech querían encontrar una alternativa que fuera menos invasiva y pudiera realizarse en el hogar del paciente. Su idea era desarrollar una cápsula que pudiera tragarse y luego enviar una señal que revelara dónde estaba en el tracto GI, lo que permitía a los médicos determinar qué parte del tracto estaba causando una desaceleración y determinar mejor cómo tratar la condición del paciente.

Para lograrlo, los investigadores aprovecharon el hecho de que el campo producido por una bobina electromagnética se vuelve más débil, de manera predecible, a medida que aumenta la distancia de la bobina. El sensor magnético que desarrollaron, que es lo suficientemente pequeño como para caber en una cápsula ingerible, mide el campo magnético circundante y usa esa información para calcular su distancia desde una bobina ubicada fuera del cuerpo.

“Debido a que el gradiente del campo magnético codifica de manera única las posiciones espaciales, estos pequeños dispositivos pueden diseñarse de manera que puedan detectar el campo magnético en sus ubicaciones respectivas”, dice Sharma. “Después de que el dispositivo mide el campo, podemos retrocalcular cuál es la ubicación del dispositivo”.

Para señalar con precisión la ubicación de un dispositivo dentro del cuerpo, el sistema también incluye un segundo sensor que permanece fuera del cuerpo y actúa como punto de referencia. Este sensor podría pegarse a la piel y, al comparar la posición de este sensor con la posición del sensor dentro del cuerpo, los investigadores pueden calcular con precisión dónde se encuentra el sensor ingerible en el tracto gastrointestinal.

El sensor ingerible también incluye un transmisor inalámbrico que envía la medición del campo magnético a una computadora o teléfono inteligente cercano. La versión actual del sistema está diseñada para realizar una medición cada vez que recibe un disparador inalámbrico desde un teléfono inteligente, pero también se puede programar para realizar mediciones en intervalos específicos.

“Nuestro sistema puede admitir la localización de múltiples dispositivos al mismo tiempo sin comprometer la precisión. También tiene un gran campo de visión, que es crucial para los estudios en humanos y animales grandes”, dice Emami.

La versión actual del sensor puede detectar un campo magnético de bobinas electromagnéticas dentro de una distancia de 60 centímetros o menos. Los investigadores prevén que las bobinas podrían colocarse en la mochila o chaqueta del paciente, o incluso en la parte trasera de un inodoro, lo que permitiría que el sensor ingerible tome medidas siempre que esté dentro del alcance de las bobinas.

Seguimiento de ubicación

Los investigadores probaron su nuevo sistema en un modelo animal grande, colocando la cápsula ingerible en el estómago y luego monitoreando su ubicación a medida que se movía a través del tracto digestivo durante varios días.

En su primer experimento, los investigadores entregaron dos sensores magnéticos unidos entre sí por una pequeña varilla, por lo que sabían la distancia exacta entre ellos. Luego, compararon sus mediciones de campo magnético con esta distancia conocida y descubrieron que las mediciones tenían una precisión de una resolución de aproximadamente 2 milímetros, mucho más alta que la resolución de los sensores basados ​​en campo magnético desarrollados anteriormente.

A continuación, los investigadores realizaron pruebas utilizando un solo sensor ingerible junto con un sensor externo adherido a la piel. Al medir la distancia de cada sensor a las bobinas, los investigadores demostraron que podían rastrear el sensor ingerido a medida que se movía desde el estómago hasta el colon y luego se excretaba. Los investigadores compararon la precisión de su estrategia con las medidas tomadas por rayos X y encontraron que tenían una precisión de 5 a 10 milímetros.

“El uso de un sensor de referencia externo ayuda a resolver el problema de que cada vez que un animal o un ser humano se encuentra al lado de las bobinas, existe la posibilidad de que no estén exactamente en la misma posición que la vez anterior. En ausencia de rayos X como base, es difícil trazar exactamente dónde está esta píldora, a menos que tenga una referencia consistente que siempre esté en el mismo lugar”, dice Ramadi.

Este tipo de monitoreo podría hacer que sea mucho más fácil para los médicos determinar qué sección del tracto GI está causando una ralentización en la digestión, dicen los investigadores. “Creo que la capacidad de caracterizar la motilidad sin la necesidad de radiación o la colocación más invasiva de dispositivos reducirá la barrera para evaluar a las personas”, dice Traverso.

Los investigadores ahora esperan trabajar con colaboradores para desarrollar procesos de fabricación para el sistema y caracterizar aún más su desempeño en animales, con la esperanza de probarlo eventualmente en ensayos clínicos en humanos.

La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias, la Iniciativa de Innovación Rothenberg y el Instituto de Investigación Médica Heritage.

Autor

MIT

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