Adiós a los pinchazos: el 'gadget' portátil que analiza el aire y el aliento de los pacientes para encontrar enfermedades

Los pinchazos tienen los días contados. La ingeniería se ha aliado con la medicina para despedirse definitivamente de los molestos análisis de sangre, incluso de los pinchazos para vacunar a la población o suministrar medicamentos. En este nuevo campo de investigación, un equipo de la Universidad de Chicago ha desarrollado un dispositivo para convertir el aire en líquido y analizarlo en busca de virus.

Desde el aliento de los pacientes, pasando por el cuidado de los neonatos dentro de incubadoras, hasta el control de virus en espacios públicos, este invento tiene un gran número de aplicaciones en medicina como sustituto de múltiples pruebas que requieren de un proceso más invasivo, como los pinchazos de los análisis de sangre.

El equipo de investigadores de Chicago ha bautizado su creación como ABLE (Airborne Biomarker Localization Engine). Su función es detectar virus o bacterias en el aire en hospitales o espacios públicos. De esta forma, pretenden mejorar la atención sanitaria evitando pruebas invasivas en pacientes delicados como los neonatos.

Sangre vs. aire

El objetivo del equipo era simplificar la tecnología que actualmente se enfoca en la detección de biomarcadores por el aire. El resultado es "una plataforma simple, asequible y portátil que puede detectar moléculas volátiles y no volátiles, así como biomarcadores del aire libre en aproximadamente 15 minutos", tal y como ellos describen en el artículo científico publicado en la revista Nature.

Hasta ahora, el análisis de líquidos como la saliva o la sangre ha sido más preciso a la hora de detectar virus, en comparación con las pruebas al aire. Esto, explica la Universidad, se debe al problema de dilución por el que las partículas que se intentan localizar por el aire pueden ser una entre un billón al ser un entorno más disperso.

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"Podemos usar teléfonos celulares para tomar fotografías o grabar audio, pero no tenemos tecnología similar para ver la química del aire", dijo Jingcheng Ma, el primer autor del estudio, quien anteriormente fue investigador postdoctoral en UChicago y ahora es profesor asistente en la Universidad de Notre Dame.

La tarea es ardua y requiere de equipos voluminosos y muy costosos. Aquí radica la complejidad de este invento, reducir la tecnología y posibilidades a un dispositivo fácil de portar y usar para integrarlo en el día a día de más personas. ABLE mide tan solo 10 x 20 cm.

¿Cómo funciona?

Para abordar este reto, el invento de este equipo de investigación se compone, en primer lugar, de una bomba que aspira el aire para analizarlo. A continuación, un humidificador añade vapor de agua y un pequeño sistema de refrigeración reduce la temperatura de esta muestra aspirada.

Composición del dispositivo ABLE Universidad de Chicago Omicrono

El sistema permite una tasa de condensación del 250% en comparación con métodos más tradicionales. Las gotitas resultantes de esta condensación incluyen las partículas suspendidas en el aire que se quieren analizar.

Finalmente, las gotitas se deslizan por una superficie ultrasólida especialmente diseñada y se acumulan en un pequeño depósito. El prototipo desarrollado para demostración puede recolectar alrededor de 1 ml de condensado en 10 minutos.

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Las muestras se recolectan en un bote de pesaje de poliestireno de aproximadamente 5 cm de ancho mediante desprendimiento asistido por gravedad. En esta última fase, los detectores pueden captar fácilmente las concentraciones de moléculas en el líquido, utilizando equipos preexistentes y fácilmente disponibles para la detección de líquidos.

Para probar el equipo mientras lo fabricaban, los investigadores usaron una taza de café como prueba inicial. Soplaron una bocanada de café vaporizado en el sistema para ver si se podía recolectar y detectar correctamente las moléculas volátiles.

Superficie de micropúas de silicio para la lectura de las gotas Universidad de Chicago Omicrono

Cuando el líquido se condensó, ni siquiera necesitó realizar pruebas para saber que había funcionado: el inconfundible aroma a café emanaba del líquido. En pruebas posteriores más exhaustivas descubrieron que podían detectar con éxito los niveles de glucosa en el aliento, detectar E. coli en el aire.

Los pacientes más indefensos

La inspiración inicial para el estudio, tal y como ha explicado la Universidad de Chicago en el comunicado, ​​surgió de un viaje que realizó hace años Tian de la Universidad de Chicago, uno de los autores principales del artículo, a la Unidad de Cuidados Intensivos Neonatales Stephen Family del Hospital Infantil Comer de la Universidad de Chicago.

Esta colaboración formaba parte de un trabajo con el Centro para la Ciencia de las Trayectorias Tempranas. La fundadora del centro, la profesora Erika Claud, le transmitió su deseo de encontrar una manera de realizar pruebas en sus pequeños pacientes sin extraer sangre ni tener que someterlos a otros métodos invasivos.

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El diagnóstico temprano de enfermedades en bebés prematuros ha sido difícil, y se buscan métodos no invasivos. A menudo, los bebés prematuros se alojan en cámaras de incubación con aire circulante. La composición química de este aire está poco explorada como una posible ruta para obtener biomarcadores del pulmón o el tracto gastrointestinal para el diagnóstico de enfermedades.

El siguiente reto es la búsqueda de partículas para analizar. El grupo colabora actualmente con un equipo médico que trata la enfermedad inflamatoria intestinal. Es probable que se puedan detectar marcadores de inflamación en el aliento de pacientes con esta enfermedad, pero primero sería necesario catalogarlos.