PET/CT, el otro jugador en la imagen médica

Argüeta-Jiménez G¹, Barajas-Carmona U¹, García-Tapia LR¹, García-Resendez AA²

1. Estudiantes de la licenciatura en Médico Cirujano, 6to semestre, Departamento de Medicina y Nutrición, División de Ciencias de la Salud, Universidad de Guanajuato, México.

2. Médico Nuclear. Encargado del PET-CT. Adscrito al servicio de Medicina Nuclear del HRAEB.

Resumen.

Este estudio de imagen molecular combina las propiedades individuales del PET y de la CT, en un solo estudio. La emisión de positrones, que le da el nombre a este estudio, es un proceso en el cual se liberan partículas, que normalmente no están presentes en el cuerpo, por un radionúclido, el cual es un átomo con exceso de energía. Un radiofármaco, es un fármaco al que se le ha añadido un radionúclido, y es lo que se le inyecta al paciente para que el estudio se pueda realizar. Los radiofármacos que se utilizan para hacer el estudio PET/CT son varios y se eligen dependiendo sus características y de la enfermedad que se sospeche. Con diferentes aplicaciones en el estudio del cáncer (como encontrar tumores de manera más temprana o ver si el tratamiento ha funcionado), el cerebro (en el seguimiento de enfermedades como el Alzheimer) y el corazón (al mostrar algunas zonas del músculo del corazón donde aún es posible rescatarlas después de un infarto), este estudio ha demostrado ser más útil que otros métodos convencionales. Se sabe que una preparación adecuada para la toma del estudio es muy importante para evitar resultados anormales y se debe tomar en cuenta la alimentación, el ejercicio y uso de medicamentos. Una de las dificultades que se presentan, a pesar de que este estudio ha demostrado ser útil en diversas áreas de la medicina, es que no se encuentra disponible en muchas instituciones de salud en el país, lo que lleva a que no todas las personas puedan beneficiarse de esta excelente herramienta.

Palabras clave: PET/CT, emisión de positrones, radionúclido, radiofármaco.

Abstract.

This molecular imaging technique combines the individual properties of PET and CT in a single test. The emission of positrons, which gives the name to this study, is a process in which particles, normally not present in the body, are released by a radionuclide, which is an atom with excess energy. A radiopharmaceutical is a drug to which a radionuclide has been added, and this drug is what the patients are given for the test to be performed. There are multiple radiopharmaceuticals used for the PET / CT test and they are selected according to the characteristics of the suspected disease. With different applications in the study of cancer, brain and heart diseases; this test has proven to be more useful than other conventional methods. It is known that an adequate preparation before the test is very important to avoid abnormal results, so diet, excercise and use of medications are factors that must be communicated to the physician in charge of the test. One of the main difficulties related to this test is that it is not available in many health institutions in the country, which means that not all people can benefit from this excellent tool.

Key words: PET/CT, positron emission, radionuclide, radiopharmaceutical.

Resumo.

Este estudo de imagem molecular combina as propriedades individuais de PET e CT em um único estudo. A emissão de pósitrons, que dá nome ao estudo, é um processo no qual partículas, normalmente não presentes no corpo, são liberadas por um radionuclídeo, que é um átomo com excesso de energia. Um radiofármaco é um medicamento ao qual foi adicionado um radionuclídeo, e é o que é injetado ao paciente para que o estudo possa ser realizado. Os radiofármacos que são usados para fazer o estudo PET/CT são vários e são escolhidos dependendo de suas características e da suspeita da doença. Com diferentes aplicações no estudo do câncer (como encontrar tumores mais cedo ou ver se o tratamento funcionou), o cérebro (no monitoramento de doenças como a doença de Alzheimer) e o coração (mostrando algumas áreas do músculo cardíaco onde ainda é possível resgatá-los após um ataque cardíaco), este estudo provou ser mais útil do que outros métodos convencionais. Sabe-se que um preparo adequado para a realização do estudo é muito importante para evitar resultados anormais e deve levar em consideração a dieta, o exercício e o uso de medicamentos. Uma das dificuldades que surgem, apesar do fato de este estudo ter se mostrado útil em várias áreas da medicina, é que ele não está disponível em muitas instituições de saúde no país, o que significa que nem todas as pessoas podem beneficiar desta excelente ferramenta.

Palavras chave: PET/CT, emissão de pósitrons, radionuclídeo, radiofármaco

Introducción

A pesar del rápido avance de la tecnología en todas las áreas de la ciencia, en medicina, se siguen utilizando métodos convencionales. Esto trae consecuencias para la salud de la población, con un gran número de casos donde las personas fallecen por no contar con un diagnóstico temprano o un tratamiento adecuado para su enfermedad, problema que en numerosas ocasiones podría ser corregido con el uso de tecnologías más recientes. Un gran ejemplo de estas tecnologías es la Tomografía por Emisión de Positrones, PET/CT (por sus siglas en inglés, Positron Emission Tomography / Computed Tomography), una herramienta que tiene la capacidad de revertir esta cifra de muertes. A pesar de tener ya casi 20 años desde que la primera unidad de PET/CT fue puesta para su venta comercial, esta herramienta diagnóstica aún no ha recibido reconocimiento suficiente.^[1] Con múltiples aplicaciones en el estudio del cáncer y las enfermedades del corazón, cerebro y muchos otros órganos; la PET/CT ha demostrado ser más útil en comparación a otros métodos de imagen en algunas enfermedades.

Desarrollo

La PET/CT es un estudio de imagen utilizado en imagen molecular. Es una técnica que combina, en un solo estudio, la precisión de la PET para evaluar la actividad de algún órgano o tejido, con la calidad de imagen de la CT para observar las estructuras de dichos órganos o tejidos.

Los seres humanos, nuestro planeta y todo lo que forma parte del universo, está constituido por átomos, que antes se creía, eran las partículas más pequeñas por las que está conformado todo lo que nos rodea. Al pasar los años se descubrió que los átomos están compuestos de partículas aún más pequeñas: los neutrones, electrones y protones, llamadas “partículas subatómicas”. La PET funciona aprovechándose de estas y otras partículas subatómicas que existen, y la manera en la que se relacionan entre sí.

La emisión de positrones, que da su nombre al PET, es un proceso en el cuál un positrón es liberado por un radionúclido desde su interior. Los radionúclidos son átomos que tienen un exceso de energía. Para llegar a un nivel normal de energía, estos radionúclidos liberan la misma de diferentes maneras, por ejemplo liberando positrones, como sucede en la PET. Los positrones son partículas subatómicas que usualmente no están presentes en los átomos estables, por lo tanto, al ser liberados por un átomo con exceso de energía pueden tener interacciones con las partículas normalmente presentes en el medio y producir fenómenos sorprendentes.

Durante el estudio por PET/CT se administran radiofármacos en los pacientes. Los radiofármacos son simplemente fármacos a los que se ha añadido un radionúclido, el cual sigue reacciones químicas y moleculares en el cuerpo. Ya que el radiofármaco está dentro del organismo, el radionúclido comienza con el proceso de emisión de positrones. Cuando estos positrones chocan con electrones, su partícula opuesta, ambos se aniquilan; transformándose totalmente en energía. Esta energía es liberada desde el punto en donde ocurrió el choque, en direcciones opuestas y puede ser identificada por los detectores del equipo que realiza el estudio PET, para localizar con gran exactitud el punto en el que ocurrió el choque. El equipo que realiza el estudio PET está integrado por muchos de estos detectores (¡hasta 25,000!) que rodean al paciente en forma de anillo. Cada uno de estos detectores captura la energía emitida por los radiofármacos, y puede lograr un muy buen cálculo de las localizaciones en donde se depositó la mayor parte de esta sustancia en el cuerpo para finalmente convertirla en la imagen del estudio.^[2] En la fig. 1 se observa el principio físico explicado gráficamente. El radiofármaco se inyecta en la vena de las personas para que se puedan formar las imágenes de este estudio.

Figura 1. En esta imagen se ilustra cómo los protones liberados por el radionúclido chocan con los electrones del medio, aniquilándose y liberando energía en direcciones opuestas, la cual es captada por los detectores del equipo PET, quien la interpreta con un software para producir la imagen final del estudio.

Estos radiofármacos son producidos en un equipo complejo, llamado ciclotrón, el cual aún es limitada su disponibilidad en el país, lo que condiciona que no todas las instituciones de salud, y por lo tanto las personas, puedan tener acceso al PET/CT.

La fluorodesoxiglucosa (abreviado FDG) es el radiofármaco más utilizado en este estudio. Sin embargo, este no puede ser usado en todos los casos, pues para ello existen otros radiofármacos más específicos dependiendo de la enfermedad que se sospeche.^[3]

En la tabla 1 se enlistan algunos de los radiofármacos más utilizados en PET/CT y sus diferentes aplicaciones.

Tabla 1. Aquí se enlistan algunos de los radiofármacos más utilizados para realizar el estudio de PET-CT y sus principales aplicaciones. Además se añade la imagen que se obtiene del procedimiento con cada uno de ellos.

Y este estudio, ¿para qué sirve?

Como se mencionó anteriormente, el PET/CT sirve para buscar una enfermedad en el cuerpo, mostrando como están funcionando los órganos. De esta manera, sus principales aplicaciones se han encontrado en las siguientes áreas:

Oncología (el estudio del cáncer)

Gracias al PET/CT se pueden encontrar de manera temprana diversos tumores, incluso antes de que se aparezcan síntomas que afecten la salud de las personas, ya que muchas veces permanecen ocultos. Asimismo, este estudio nos permite conocer si se trata de un tumor peligroso o no para la salud.

Además de conocer donde se encuentra de manera exacta el tumor. Permite evaluar si este tumor se ha diseminado a otras partes del cuerpo. Para un médico especialista en el tratamiento del cáncer, la mejor aproximación es conocer y clasificar la extensión de la enfermedad para decidir el tratamiento. Lo anterior puede servir para saber las posibilidades que tiene una persona de curarse, que el cáncer no se quite o que vuelva a aparecer. Además, ofrece la posibilidad de verificar si el tratamiento ha funcionado, permitiendo de esta manera disminuir el tiempo que dura la terapia en los pacientes con buena respuesta, o bien, realizar cambios en el tratamiento de las personas que no están respondiendo.^[4]

Neurología (el estudio del cerebro y más)

Con ayuda del PET/CT se pueden encontrar de forma más temprana que en otros estudios, cambios en regiones del cerebro que muestran la presencia de demencia en el paciente, por ejemplo, la enfermedad de Alzheimer. Demencia, se refiere a un grupo de enfermedades, en las cuales hay disminución de las funciones normales del cerebro, como la pérdida de memoria, del lenguaje, de la atención, entre otras.

La enfermedad de Parkinson es un padecimiento en el cual el paciente pierde el control total de sus movimientos, lo que causa que tenga temblores y movimientos involuntarios. En esta condición el estudio con PET/CT puede ser utilizado para evaluar cómo responde el paciente a sus medicamentos y para identificar casos graves de la enfermedad.

EL PET/CT no es solo utilizado para encontrar enfermedades. En el caso de la epilepsia, un trastorno cerebral en donde el paciente tiene convulsiones frecuentes, el PET/CT es usado para elegir el mejor tratamiento. En pacientes con epilepsia que no se controla con medicamentos, es posible realizar una cirugía para disminuir los síntomas de la enfermedad. Para realizar esta operación es necesario conocer el sitio del cerebro afectado por la enfermedad, que puede encontrarse utilizando el estudio PET/CT.^[5]

Cardiología (el estudio del corazón)

Actualmente, el PET/CT permite medir la cantidad de sangre que llega al corazón. Esto se logra calculando cuanta sangre es transportada por las arterias coronarias, que son pequeños conductos con la única misión de llevar sangre a este órgano. Además, informa sobre la presencia de enfermedades que bloquean estos conductos y que impiden la llegada de la sangre necesaria para que el corazón funcione adecuadamente. Así mismo, una de las mayores utilidades del PET/CT es identificar, en las personas que han padecido un infarto, las zonas del corazón que se ven más afectadas y que pierden su función normal, o bien, nos muestra aquellas zonas donde aún es posible recuperar la función mediante un tratamiento especial que mejora la salud del paciente.^[6]

¿Cómo se debe preparar el paciente para lo toma del TEP/TC?

Se sabe que una preparación adecuada para la toma del estudio es muy importante para evitar resultados anormales. Por ello se muestran a continuación los requisitos esenciales que el paciente debe cumplir antes de realizarse un estudio de TEP/TC.

Alimentación

• Se requiere no ingerir alimentos ni bebidas saborizadas mínimo 6 horas antes del examen.

• No se permite ingerir productos con cafeína, alcohol y nicotina como mínimo 12 horas antes del estudio.

•Se sugiere que los pacientes se mantengan bien hidratados. Como recomendación, tomar 2 litros de agua potable por lo menos 4 horas antes del estudio.

•Tomar agua después de que finalice la exploración para mejorar la eliminación de los radiofármacos empleados en el estudio.

• Se aconseja a los pacientes no masticar chicle, debido a que, en los músculos que participan en el proceso de masticar los alimentos, puede concentrarse el radiofármaco, ocasionado anormalidades en los resultados.

Ejercicio

• Debe evitarse cualquier actividad física como trotar, andar en bicicleta, levantar pesas, tareas del hogar intensas y la actividad sexual; mínimo 24 horas antes del estudio, aunque 48 horas antes es lo ideal.

Medicamentos

• Dependiendo del radiofármaco elegido para el estudio, diferentes medicamentos serán valorados en su administración por parte del médico que realiza el estudio.

Pacientes diabéticos

• Se debe realizar un buen control del azúcar en sangre los días previos al estudio para garantizar niveles adecuados de esta y evitar anormalidades en los resultados. Se recomienda un nivel de azúcar en sangre menor de 200 mg/dL.

• Todos los medicamentos recetados para la diabetes deben tomarse según las indicaciones de su médico, sin embargo si es usuario de insulina debe informarlo para realizar las modificaciones pertinentes el día del estudio.^[7]

Conclusión

Queda claro que el PET/CT juega hoy en día un papel fundamental en el diagnóstico y manejo de muchas enfermedades, ya que gracias a la precisión de este estudio de imagen molecular, se pueden identificar padecimientos de forma más temprana y se pueden tratar de una mejor manera, salvando así la vida de más personas y permitiendo que tengan una mejor calidad de vida.

Lo expuesto a lo largo de este texto permite ver que el PET/CT es un estudio que, si bien es complejo en su funcionamiento, debe ser conocido por las personas, tanto por los beneficios que puede ofrecer como para que se conozcan las recomendaciones que se deben seguir antes de que se realice.

Uno de los problemas que se presentan, a pesar de que este estudio ha demostrado ser útil en diversas áreas de la medicina, como el estudio del cáncer, el corazón o el cerebro, es que no se encuentra disponible en muchas instituciones de salud en el país, lo que lleva a que no todas las personas puedan beneficiarse de esta excelente herramienta. En un futuro no tan lejano, se espera que este estudio pueda ser difundido en todo el país y que su alcance permita hacer un cambio sustancial, disminuyendo el número de fallecimientos.

Bibliografía

[1] Townsend, D. W. (2008, August). Combined positron emission tomography–computed tomography: the historical perspective. Seminars in Ultrasound, CT and MRI (Vol. 29, No. 4, pp. 232-235). Elsevier.

[2] Basu, S., Hess, S., Braad, P. E. N., Olsen, B. B., Inglev, S., & Høilund-Carlsen, P. F. (2014). The basic principles of FDG-PET/CT imaging. PET clinics, 9(4), 355-370.

[3] Fanti, S., Farsad, M., & Mansi, L. (2010). PET-CT beyond FDG: a quick guide to image interpretation. Springer Science & Business Media.

[4] Hofman, Michael S., & Rodney J. Hicks. (2016) How We Read Oncologic FDG PET/CT. Cancer Imaging, 16.1: 35.

[5] Anand, S. S., Singh, H., & Dash, A. K. (2009). Clinical applications of PET and PET-CT. Medical Journal Armed Forces India, 65(4), 353-358.

[6] Dilsizian, V., Bacharach, S. L., Beanlands, R. S., Bergmann, S. R., Delbeke, D., & Gropler, R. J. (2009). ASNC imaging guidelines for nuclear cardiology procedures: PET myocardial perfusion and metabolism clinical imaging. J Nucl Cardiol, 16(4), 651.0.

[7] Shilpa D., Bhambhvani P., Baldwin J., Almodovar S. & O´Malley J. (2014). 18F-FDG PET and PET/CT Patient Preparation: A review of the Literature. Journal of Nuclear Medicine Technology. Vol. 42, p. 10.

Nano-Kamikazes

Nano-Kamikazes

García-Moreno A¹, Gamboa-Rivera R¹, Cabrera-Oñate GI¹, Rivera-Chávez MJ², Urzúa-González AR².

1. Estudiantes de la licenciatura en Médico Cirujano, 6to semestre, Departamento de Medicina y Nutrición, División de Ciencias de la Salud, Universidad de Guanajuato, México.

2. Coordinadores del Módulo de Medicina Interna de Fase 2, de la licenciatura en Médico Cirujano, Departamento de Medicina y Nutrición, División de Ciencias de la Salud, Universidad de Guanajuato, México.

Resumen.

En la búsqueda de nuevos métodos para tratar enfermedades, se encontró uno muy bueno y poco invasivo, los “nano-robots”. Estos son robots muy pequeños administrados vía intravenosa y cumplen diversas funciones. Estos robots son hechos de materiales biodegradables y obtienen su combustible gracias al entorno en el que se encuentran, actualmente, éste es el modelo más prometedor. Las funciones primordiales que realizan estos robots son: el llevar medicamentos a un lugar específico dentro del cuerpo humano, tratamiento de cáncer y el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas.

Palabras clave: Nanorobots, tratamientos, neurodegenerativas, cáncer.

Abstract.

In the search of new methods for treating diseases, a very good, less invasive method has been found, the “nano-robots”. They are very small robots that are administered intravenously, and they achieve different functions. This robots are made of biodegradable materials, and they get their fuel from the environment in which they´re present, currently, this is the most promising model. The primordial functions that this robots realize are: Taking the medications to an objective inside the human body, cancer treatment and the treatment of neurodegenerative diseases.

Keywords: Nanorobots, treatments, neurodegenerative, cancer.

Resumo.

Na busca por novos métodos para tratar doenças, encontrou um muito bom e pouco invasivo, os "nano-robôs". Estes são pequenos robôs administrados por via intravenosa e realizam várias funções. Esses robôs são feitos de materiais biodegradáveis ​​e obtêm seu combustível graças ao ambiente em que estão localizados, sendo atualmente o modelo mais promissor. As principais funções desempenhadas por esses robôs são: levar medicamentos a um local específico do corpo humano, tratar o câncer e tratar doenças neurodegenerativas.

Palavras-chave: Nanorrobôs, tratamentos neurodegenerativos, câncer.

Introducción

En los últimos años se ha investigado mucho sobre métodos poco invasivos para tratar enfermedades, y uno de los más interesantes ha sido el desarrollo de nano-robots que navegan por la sangre.

La combinación de diversas tecnologías ha ayudado a que se desarrollen estos robots basados en nanotecnología, los cuales tienen diversas aplicaciones médicas, entre las que se pueden destacar: el tratamiento de cáncer, el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas como Alzheimer, tratamiento farmacéutico auto dirigido, monitorización en pacientes diabéticos, reparación de tejidos, ultrasonofragmentación de litos renales (Fig 1), angioplastia coronaria (Fig 2), entre otros^{1, 2}.

 

Figura 1. Ultrasonofragmentación de litos renales por nano-robots

Figura 2. Angioplastia coronaria por nano-robots

 

Al utilizar esta tecnología nos encontramos con diversas ventajas que superan con mucho a las terapias que se le parecen; ocasionan mínima lesión tisular, reducen el tiempo de recuperación, permiten una monitorización continua desde el interior del organismo, y pueden llevar un tratamiento dirigido a la lesión³.

La toxicidad secundaria en tratamientos para el cáncer (ej. Quimioterapia) y la inefectividad de ciertos medicamentos para llegar a sitios específicos en el organismo (Sistema Nervioso Central) ha provocado el acelerado desarrollo de esta nano-tecnología. Numerosas son las investigaciones que se han llevado en este campo durante los últimos 10 años, demostrando que el ingenio científico no tiene límites cuando se trata de buscar el tratamiento “perfecto”.

Desarrollo

Un nano-robot es un robot extremadamente pequeño diseñado para realizar una tarea específica, con precisión, y a nano escala. Para que estos robots adquieran el prefijo “nano” se tiene que cumplir con un tamaño establecido, el cual es de 1-100 nanómetros. Para que se pueda dimensionar un poco este tamaño, estamos hablando de la millonésima parte de un grano de arena, o una cincuentava parte de una bacteria⁴.

Los materiales de los que deben de estar hechos los nano-robots deben de ser biocompatibles para evitar que sean reconocidos como algo extraño al cuerpo. El combustible para la propulsión debe estar disponible en el fluido en el cual están inmersos, y se debe evitar en lo posible el que este sea ingresado como un agente externo. Los robots necesitan tener un control muy preciso en cuanto a la dirección. Esta direccionalidad se les puede dar mediante estímulos externos o mediante sensores dentro del robot que ayuden a identificar los distintos gradientes del sitio en donde se encuentra, como el pH, la temperatura o la composición química del fluido⁵.

La mayoría de los nanorobots están compuestos por las siguientes partes: Fuente de poder, tanque de combustible, sensores, motores, manipuladores, bombas, tanques de presión, y algún componente estructural (Fig 3). Los materiales por los cuales están compuestos estos robots son variables, y van desde liposomas o micelas, hasta materiales más complejos, como la sílice mesoporosa (estas son nano partículas constituidas por una matriz de sílice (SiO2) con canales o cavidades en su interior de un tamaño comprendido entre 2-50 nm, lo que les confiere una gran superficie específica)^{4, 6,7}.

Figura 3. Partes de un nano-robot

 

Los motores de los nano-robots funcionan de distintas maneras. La primera de ellas es mediante el ensamblaje de un componente orgánico, que es formado por proteínas o polímeros, y este se utiliza para fabricar motores esféricos, los cuales son propulsados por burbujas, que pueden ser biodegradables (Fig 4)⁸.

Figura 4. Nano-robot impulsado por burbujas

 

Otro método es el uso de materiales que ponen en marcha el motor mediante reacciones químicas, como las que se hacen por agua o aluminio y magnesio, las cuales producen burbujas que le dan propulsión al robot⁹.

Uno de los mejores métodos hasta ahora es la propulsión de los motores dada por reacciones en los que se convierte energía química en energía cinética, obteniendo combustible del entorno^9,10. Se han realizado nano-motores conducidos por combustibles que utilizan reacciones biocatalíticas activadas por enzimas, que consumen glucosa y urea^6,7,11. Utilizando la urea como combustible se llegó a tener una propulsión de largo rango, la cual sirve como método de transporte.

Un mecanismo alterno es el fototermico, el cual utiliza luces infrarrojas para así producir calor en los motores “Janus”. Estos motores están cubiertos de oro que produce termoforesis autónoma, la cual es el movimiento de las moléculas de acuerdo a la diferencia de temperaturas¹².

Las aplicaciones de estos robots en la medicina es muy variada, y algunas son:

Detección y tratamiento de cáncer

Este tipo de nano-robots están hechos de una mezcla de polímeros y una proteína conocida como transferrina, la cual es captable por las células tumorales. Los nano-robots médicos con sensores químicos, pueden ser programados para detectar diferentes niveles de E-cadherina y B-catenina (proteínas de células tumorales), ayudando en el objetivo de identificación temprana de una célula tumoral, al igual que tratamiento auto dirigido.

Los nano-robots tienen un conjunto de biosensores químicos que pueden ser utilizados en la detección de tumores. Estos mismos podrían atacar los tumores directamente, utilizando láseres, microondas, o señales ultrasónicas, además de como tratamiento quimioterapéutico⁴.

Otro método de ataque directo a los tumores cancerígenos es mediante la terapia fotodinámica, en la cual se guía la partícula que atacará los tumores mediante una iluminación extracorpórea.

Tratamiento dirigido

Lo que se busca en los nano-robots que llevan el tratamiento dirigido, es que tengan capacidades únicas, las cuales son: una fuerza propulsora, navegación controlada, transporte y distribución de los medicamentos, y penetración tisular¹³.

Los nano-robots tienen la capacidad de transportar y distribuir tratamientos directamente en los sitios deseados, mejorando la eficacia de los tratamientos y reduciendo los efectos adversos de los medicamentos¹³.

Los diferentes modelos que se han utilizado para esta tarea son: un nano-robot hueco que contenía el agente quimioterapéutico en su centro y lo liberaba en la cercanía del tumor¹⁴. Otro nano-robot fue propulsado por enzimas, llevando el tratamiento al lugar deseado¹⁵. También se utilizaron robots guiados por ultrasonido, y que se les daba un estimulo de luz cuando se requería que dejaran el medicamento¹⁶.

Los motores sintéticos que obtienen su combustible de líquidos biológicos como ácido gástrico y agua son de gran interés para su aplicación en los nano-robots, ya que además de su propulsión eficiente, estos motores tienen la habilidad de llevar diferentes tratamientos, soltar estos en respuesta a algo programado, y eventualmente ser degradados a productos que no sean tóxicos¹³.

Los motores guiados por estímulos externos, como campos magnéticos o por ultrasonido, también suenan prometedores para el transporte de medicamentos a un objetivo (Fig 5)¹³.

Figura 5. Nano-robot guiado por estímulo magnético

 

Tratamiento en enfermedades neurodegenerativas

La enfermedad de Alzheimer se caracteriza por presentar dos tipos de lesión: las placas seniles y los ovillos (acumulación de proteínas intracelulares). Sin embargo, estas dos características por si solas, no son lo suficientemente capaces de generar la pérdida de neuronas durante la enfermedad. Ésta es provocada por la disminución de un neurotransmisor llamado acetilcolina. Los 2 principales causantes del Alzheimer son los radicales libres y los péptidos Aβ (beta amiloides)¹⁷.

La barrera hematoencefálica realiza su función y limita considerablemente el paso de medicamento al SNC (sistema nervioso central), provocando que los pacientes deban de tomar altas dosis de fármacos. Varios son los mecanismos por los cuales la nanotecnología ha logrado un mejor manejo terapéutico de estos pacientes.

Para la inhibir la formación de péptidos Aβ, se ha logrado desarrollar nanoparticulas combinadas con anticuerpos contra éstos péptido Aβ y recubiertos de una sustancia, la cuál le confiere mayor permeabilidad por la barrera hematoencefálica (Fig. 6). Con el mismo objetivo, se ha investigado la conjugación de nanoparticulas con oro que permiten un paso considerable al SNC y poder disolver los agregados de péptidos Aβ¹⁸.

Figura 6. Trayecto de nano-robot hacia SNC

 

La enfermedad de Parkinson se caracteriza por una degeneración del 50-70% de las neuronas que producen un neurotransmisor llamado dopamina en la sustancia negra encontrada en el SNC¹⁹. El daño neuronal es originado por células de nuestro SNC llamadas glia, que causan una respuesta inflamatoria, provocando deterioro cognitivo y motor.

Debido a que la dopamina no puede atravesar la barrera hematoencefálica, actualmente, el tratamiento está basado en precursores metabólicos de la dopamina, como la conocida levodopa²⁰.

Se ha realizado experimentación en modelos animales con nanoparticulas combinadas con dopamina, favoreciendo así su paso por la barrera hematoencefálica y aumentar los niveles de dopamina en la sustancia negra²¹.

La introducción de proteínas, como la tirosina hidroxilasa, combinada en nanoparticulas, ha permitido a nivel de SNC un aumento considerado de niveles de dopamina, contrarrestando así la pérdida neuronal causada por las ROS (por sus siglas en inglés, especies reactivas de oxígeno) de la microglía²².

Conclusión

La nanotecnología médica está avanzando de una manera exponencial actualmente. La gran mayoría de los estudios realizados en los centros de investigación más importantes del mundo están buscando intencionadamente tratamientos médicos menos invasivos y más eficaces. Que mejor forma de lograr lo anterior, que atacar directamente el tejido afectado por medio de nanoparticulas, las cuales, gracias a que es un tratamiento dirigido, evitan la toxicidad a otros tejidos, lo que le da una gran ventaja frente a fármacos como quimioterapéuticos.

Una de los grandes planes a futuro es hacer que micoorganismos patógenos del organismo actúen a favor nuestro, en contra de otras enfermedades más graves. La farmacéutica Vion, en colaboración con la Universidad de Yale, iniciaron un programa de ingenia bacteriana llamada “Terapia de amplificación de proteínas de expresión tumoral” el cual consiste en atenuar la bacteria Salmonella typhimurium, removiendo los genes que producen purinas vitales para el crecimiento de la bacteria; esta, podrá reproducirse rápidamente dentro de células tumorales ricas en purinas, pero no podrá sobrevivir en tejido sano. Tras el éxito en generar un tropismo de la S. typhimurium hacía el tumor, el paso a futuro sería hallar la forma de agregar genes a la bacteria para producir proteínas anticancerígenas que puedan reducir el tamaño del tumor, o modificar la bacteria para dirigir enzimas, genes o drogas para regular el crecimiento celular del tumor².

Bibliografía

1 Kshirsagar, N., Patil, S., Kshirsagar, R., Wagh, A., & Bade, A. (2014). Review on application of nanorobots in health care. World Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, 3(5), 472-80.

2 Muthukumaran G, Ramachandraiah U, Samuel DGH. (2015). Role of Nanorobots and their Medical Applications. Adv Mater Res, 1086:61–7

3 Bhat, A. S. (2014). Nanobots: the future of medicine. Int J Manage Eng Sci, 5(1), 44-49.

4 Manjunath A, Kishore V. (2014). The Promising Future in Medicine: Nanorobots. Biomed Sci Eng., 2(2):42–7

5 Ma X, Sánchez S. (2017). Self-propelling micro-nanorobots: challenges and future perspectives in nanomedicine. Nanomedicine, 12(12):1363–7.

6 Ma X, Wang X, Hahn K, Sánchez S. (2016). Motion control of ureapowered biocompatible hollow microcapsules. ACS Nano 10(3), 3597–3605.

7 Ma X, Jannasch A, Albrecht UR et al. (2015). Enzyme-powered hollow mesoporous Janus nanomotors. Nano Lett. 15(10), 7043–7050.

8 Lin X, Wu Z, Wu Y, Xuan M, He Q. (2016). Self-propelled micro-/ nanomotors based on controlled assembled architectures. Adv. Mater. 28(6), 1060–1072.

9 Mou FZ, Chen CR, Ma HR, Yin YX, Wu QZ, Guan JG. (2013). Self-propelled micromotors driven by the magnesium-water reaction and their hemolytic properties. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 52(28), 7208–7212.

10 Gao W, Pei A, Wang J. (2012). Water-driven micromotors. ACS Nano 6(9), 8432–8438.

11 Dey KK, Zhao X, Tansi BM et al. (2015). Micromotors powered by enzyme catalysis. Nano Lett. 15(12), 8311–8315.

12 Xuan M, Wu Z, Shao J, Dai L, Si T, He Q. (2016). Near infrared light-powered Janus mesoporous silica nanoparticle motors. J. Am. Chem. Soc. 138(20), 6492–6497.

13 Li J, Esteban-Fernández de Ávila B, Gao W, Zhang L, Wang J. (2017). Micro/nanorobots for biomedicine: Delivery, surgery, sensing, and detoxification. Sci Robot, 2(4):eaam6431.

14 Z. Wu, Y. Wu, W. He, X. Lin, J. Sun, Q. He, (2013). Self-propelled polymer-based multilayer nanorockets for transportation and drug release. Angew. Chem. Int. Ed. 52, 7000–7003.

15 D. Walker, B. T. Käsdorf, H.-H. Jeong, O. Lieleg, P. Fischer, (2015). Enzymatically active biomimetic micropropellers for the penetration of mucin gels. Sci. Adv. 1, e1500501.

16 V. Garcia-Gradilla, S. Sattayasamitsathit, F. Soto, E. Kuralay, C. Yardımcı, D. Wiitala, M. Galarnyk, J. Wang, (2014). Ultrasound-propelled nanoporous gold wire for efficient drug loading and release. Small 10, 4154–4159.

17 A. Nazem and G. A. Mansoori (2011), Insciences J. 1, 169.

18 M. J. Kogan, N. G. Bastus, R. Amigo, D. Grillo-Bosch, E. Araya, A. Turiel, A. Labarta, E. Giralt, and V. F. Puntes, (2006). Nano Lett. 6, 110.

19 J. Blesa, S. Phani, V. Jackson-Lewis, and S. Przedborski, J. (2012). Biomed. Biotechnol. 2012, 845618.

20 P. G. Coune, B. L. Schneider, and P. Aebischer (2012). Cold Spring Harb. Perspect. Med. 2, a009431.

21 Y. Zhang, F. Schlachetzki, Y. F. Zhang, R. J. Boado, and W. M. Pardridge, Hum. Gene Ther. 15, 339.

22 A. Nowacek, L. M. Kosloski, and H. E. Gendelman (2009). Nanomedicine 4, 541.

Medicina en Cables

MEDICINA EN CABLES

Aguas-Angel F¹, Lemus-Segura MA¹, Álvarez-Cardenas LA¹, Osmany-Falcón AM².

1. Estudiantes de la licenciatura en Médico Cirujano, 6to semestre, Departamento de Medicina y Nutrición, División de Ciencias de la Salud, Universidad de Guanajuato, México.
2. Ingeniero Biomédico. Universidad de Guanajuato, México.

Resumen.

Actualmente el diagnóstico, el monitoreo y el tratamiento para una persona requiere la mayoría de las veces de instrumentos que en ocasiones son molestos y con algunas desventajas, por tal motivo se han desarrollado numerosos inventos basados en la electrónica epidérmica que son sensores adheribles a la piel parecidos a un tatuaje temporal y permite monitorear distintos parámetros de una persona. En esta investigación se habla de sensores que miden la temperatura en tiempo real, electrodos y parches que obtienen un electrocardiograma sin las molestias que causan los electrodos habituales, un parche que monitorea la radiación UV, sensores que detectan un marcador para el cáncer de mama y terapias para el dolor sin efectos adversos. Todos estos inventos se han creado con la visión de que esta sea la medicina del futuro siendo más fácil y accesible el monitoreo, diagnóstico y tratamiento.

Palabras Clave: Electrónica epidérmica, sensores, electrodos, parches, monitoreo

Abstract.

Currently the diagnosis, monitoring and treatment for a person requires most of the time instruments that are sometimes annoying and with some disadvantages, for this reason have developed numerous inventions based on epidermal electronics that are sensors adhered to the skin similar to a temporary tattoo and allows to monitor different parameters of a person. In this research we talk about sensors that measure temperature in real time, electrodes and patches that obtain an electrocardiogram without the discomfort caused by the usual electrodes, a patch that monitors UV radiation, sensors that detect a marker for breast cancer and therapies for pain without adverse effects. All these inventions have been created with the vision that this is the medicine of the future, monitoring, diagnosis and treatment being easier and more accessible.

Key Words: Epidermal electronics, sensors, electrodes, patches, monitoring

Resumo.

Atualmente, o diagnóstico, o monitoramento e o tratamento de uma pessoa exigem, na maioria das vezes, instrumentos que às vezes são irritantes e com algumas desvantagens, por isso desenvolveram numerosas invenções baseadas em eletrônica epidérmica que são sensores aderidos à pele. semelhante a uma tatuagem temporária e permite monitorar diferentes parâmetros de uma pessoa. Nesta pesquisa, falamos sobre sensores que medem a temperatura em tempo real, eletrodos e adesivos que obtêm um eletrocardiograma sem o desconforto causado pelos eletrodos usuais, um patch que monitora a radiação UV, sensores que detectam um marcador para câncer de mama e terapias para dor sem efeitos adversos. Todas essas invenções foram criadas com a visão de que esta é a medicina do futuro, monitoramento, diagnóstico e tratamento sendo mais fácil e acessível.

Palavras-chave: Eletrônica epidérmica, sensores, eletrodos, patches, monitoramento

INTRODUCCIÓN

La Medicina es una ciencia dedicada al estudio de la vida, la salud, las enfermedades y las muertes de los seres humanos, esta ciencia se ha practicado desde hace siglos, y desde su utilización hasta este momento, ha tenido muchísimos descubrimientos que nos han permitido mejorar la calidad de vida de los individuos, tales como los descubrimientos de herramientas diagnósticas y tratamientos para un sin número de enfermedades. La tecnología está altamente involucrada en los avances en Medicina, puesto que ha permitido generar herramientas para investigación, diagnósticos y tratamientos médicos.

Se ha observado en los hospitales que se necesitan de materiales que en muchas ocasiones son invasivos, dolorosos y riesgosos para las personas, con el objetivo monitorizar, diagnosticar o tratar. Pero... ¿Qué pasaría si pudiéramos lograr todo esto con solo un parche, o con un dispositivo que se adhiere a la piel sin causar ninguna molestia? Todos estos avances ya se están creando con el propósito de que en pocos años, muchas enfermedades sean diagnosticadas de manera más oportuna, de que los tratamientos se dirijan exclusivamente a la enfermedad que se desea tratar, y que las personas puedan ser monitorizadas desde casa. Además, con la ventaja de que las personas no tengan la necesidad de ir al hospital para poder obtener un resultado acerca de su estado de salud, sino que ellas mismas tengan la posibilidad de conocerlos desde su casa con el simple uso de una aplicación en tiempo real necesitando solamente un teléfono celular.

 

 

DESARROLLO

La base de estos avances médicos ha sido el desarrollo de la electrónica epidérmica, un sistema que se adhiere a la piel parecido a un tatuaje temporal, que está compuesto de varios elementos que permiten el reconocimiento de parámetros de interés médico y son muy flexibles y elásticos para seguir el movimiento natural del cuerpo.

MONITOREO

  La temperatura corporal es un parámetro característico para interpretar el estado de salud de una persona, por eso medir la temperatura corporal en tiempo real es indispensable. El termómetro de mercurio es una forma tradicional de cuidado médico. Sin embargo, dicho dispositivo está hecho de materiales duros y cuya fuga de mercurio podría causar un grave peligro para la salud. Se ha fabricado un sensor de temperatura que es adecuado para el monitoreo de la temperatura en tiempo real que muestra buena flexibilidad y resistente a la compresión (Kunkun Wu, 2018), todo esto funcionando a base de nanotubos, mismos que son objetos que tienen una gran resistencia, dureza, flexibilidad y elasticidad lo que permite detectar adecuadamente la temperatura en tiempo real, sin necesidad de exponerse a una posible fuga del mercurio.

 

Fig. 1. Uso de la electrónica epidérmica, similar a un tatuaje temporal. Dae-Hyeong Kim, N. L.-S.-H. (2011). Epidermal Electronics. Science, 8

 

Como monitorización dentro del hospital usualmente se usan electrodos que están conectados a una máquina llamada electrocardiógrafo que nos permite observar las condiciones en las que está trabajando el corazón. Un aspecto negativo de estos electrodos es que son rígidos, no se adaptan a la piel con vello y producen irritaciones en la piel durante las mediciones a largo plazo. Ahora se han desarrollado electrodos suaves y autoadhesivos que permiten grabaciones de alta resolución, sin usar geles o causando irritación con el uso a largo plazo. Tiene una gran ventaja, ya que el electrodo es similar a la piel y le permite moverse y deformarse junto con la piel, y también funcionan sobre el vello. Además, se adapta a movimientos fuertes, actividad muscular y entornos desafiantes, para demostrar esto se registró un electrocardiograma de un nadador profesional arrojando un resultado de alta fidelidad (Flurin Stauffer, 2018). Otra manera de obtener un electrocardiograma, ha sido posible con la fabricación de un parche que se monta en la piel para medir las señales de un electrocardiograma de un sujeto humano; este dispositivo es ligero, resistente y portátil (Jin Hwa Ryu, 2017).

 

Fig. 2. Electrodo utilizado para el registro de un electrocardiograma. Flurin Stauffer, M. T. (2018|). Skin Conformal Polymer Electroder for Clinical ECG and EEG Recordings. Advanced Healthcare, 10.

Otro avance son los sensores que detectan la presión, estos sensores se pueden utilizar para la monitorización de una arteria para medir la presión, siendo esta monitorización no invasiva y de alta fidelidad. Estos sensores se pueden utilizar para medir el pulso y la presión arterial durante una cirugía o durante la terapia intensiva. Actualmente se usan catéteres intravasculares, que son tubos dentro del cuerpo y son invasivos, pero estos catéteres tienen un riesgo de infección y no se puede utilizar en recién nacidos y en pacientes de alto riesgo (Gregor Schwartz, 2013). Por lo tanto, este método externo de monitorización continua de la presión arterial es de gran interés.

 

Fig. 3. Sensor que detecta la presión en la arteria radial en tiempo real. Gregor Schwartz, B. C.-K. (2013). Flexible polymer transistors with high pressure sensitivity for application in electronic skin and health monitoring. Nature, 8.

Otro avance ha sido la invención de un parche que mide la radiación ultravioleta. El daño que se produce inducido por la radiación UV es un factor importante en el desarrollo de todos los tipos de cáncer de piel. El monitoreo personalizado de la radiación UV es, por lo tanto, primordial para medir el grado de exposición personal al sol, que podría variar con el uso del medio ambiente, el estilo de vida y la protección solar. Este parche mide las dosis UV personales. El parche tiene en su interior un colorante que da un resultado dependiendo de la intensidad de la radiación UV y el resultado se analiza con una cámara de un teléfono, solo se necesita descargar una aplicación en el teléfono para conocer el resultado (Yunzhou Shi, 2018). El parche está diseñado para adaptarse a la superficie de la piel y permite que la persona utilice productos para el cuidado de la piel y aplicaciones de protección solar.

 

Fig. 4. Parche UV, composición, manejo y registro de resultados. Yunzhou Shi, M. M.-G. (2018). Soft, stretchable, epidermal sensor with integrated electronics and photochemistry measuring personal UV exposures. PLOS ONE, 15.

 

DETECCIÓN

  Se han desarrollado sensores con características y químicas que permiten la detección de algunas sustancias. Este tipo de sensores se utilizó para la detección clínica del cáncer de mama gracias a que detecta un marcador de este cáncer llamado Receptor de Factor de Crecimiento Epidérmico Humano 2 (HER-2) evitando así la realización de biopsias para el diagnóstico de este (Susanita Carvajal, 2018) . También se puede detectar el Óxido Nítrico ya que esta sustancia está implicada en la detección de procesos biológicos como la transmisión de células del cerebro, el control de la presión arterial y la inmunidad (Nicole M Iverson, 2013)

TRATAMIENTO

  El dolor crónico es un problema de salud importante que afecta al 30% de la población y el 7% sufre un tipo de dolor llamado neuropático. Este tipo de dolor surge de lesiones, o disfunciones del sistema nervioso. Por esta razón las personas consumen crónicamente analgésicos para el dolor, los cuales tienen efecto en todo el cuerpo, no solo en el sitio de dolor, y esto es perjudicial para el cuerpo, ya que puede causar efectos adversos en cualquier parte del cuerpo. Se ha desarrollado un dispositivo que es implantado cerca de la columna para la administración de la terapia contra el dolor y este es controlado eléctricamente (Amanda Jonsson, 2015)

CONCLUSIÓN

Es posible mencionar de manera general que el uso de la tecnología en la Medicina ha sido un desarrollo de los más importantes, debido a que es aplicable a todos los campos de la medicina, sin excepción.

Alrededor del mundo estamos en los primeros pasos para la implementación de los dispositivos que miden los parámetros de salud en el individuo, mismos que además de mejorar la vigilancia y detectar problemas de manera rápida y efectiva, ayudarán a tener una mejor recuperación del paciente.

De la misma manera, el hecho de investigar e impulsar el desarrollo de instrumentos tecnológicos, es con el objetivo de que el paciente sufra lo menos posible en cuestión de dolor o cuidados posteriores a algún tratamiento, debido a que el principal temor del paciente es el dolor y la incertidumbre.

Con la utilización de estos dispositivos, se planea también que se optimice la obtención de los resultados de pruebas que ayudarán a fortalecer el diagnóstico hecho por el médico, debido a que uno de los inconvenientes que se tienen al tener que acudir a una institución de salud o laboratorio, es la disposición de tiempo, que en ocasiones hace que la historia natural de la enfermedad continúe su rumbo y avance al siguiente estadio, mismo que podría ser evitado por el diagnóstico oportuno.

BIBLIOGRAFÍA

Amanda Jonsson, Z. S. (2015). Therapy using implanted organic bioelectronics. Science Advances, 6.

Dae-Hyeong Kim, N. L.-S.-H. (2011). Epidermal Electronics. Science, 8.

Flurin Stauffer, M. T. (2018|). Skin Conformal Polymer Electroder for Clinical ECG and EEG Recordings. Advanced Healthcare, 10.

Gibney, E. (2015). The body electric. Nature, 3.

Gregor Schwartz, B. C.-K. (2013). Flexible polymer transistors with high pressure sensitivity for application in electronic skin and health monitoring. Nature, 8.

Jeonghyun Kim, A. B.-I. (2014). Epidermal Electronics with Advanced Capabilities in Near-Field Communication. Small, 7.

Jin Hwa Ryu, S. B.-B.-H.-Y. (2017). Integrated Flexible Electronic Devices Based on Passive Alingment for Physiological Measurement. Sensor (Basel, Switzerland), 8.

Jingqing Zhang, M. P.-H. (2013). Molecular recognition using nanotube-adsobed plymer phases: nanotube antibodies. Nature Nanotechnology, 19.

Kunkun Wu, Z. L.-R. (2018). Flexible and compressible Temperature Sensors Based on Hierarchically Buckled Carbon Nanotube/Rubber Bi-Sheath-Core Fibers. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 6.

Martin Kalterbrunner, T. S.-G. (2013). An ultra-lightweight design for imperceptible plastic electroni. Nature, 8.

Michael Drack, I. G. (2015). An imperceptible Plastic Electronic Wrap. Advanced Materials, 7.

Nicole M Iverson, P. W. (2013). In Vivo Biosensing Via Tissue Localiable Near Infrared Fluorescent Single Walled Carbon Nanotubes. Nature Nanotechnology, 15.

Sheng Xu, Y. Z.-I. (2014). Soft Microfluidic Assemblies of Sensor, Circuits, and Radios for the Skin. Science, 6.

Susanita Carvajal, S. N. (2018). Disposable InkJet-Printed Electrochemical Platform for Detection of Clinically Relevant HER-2 Breast Cancer Biomarker. Biosensors & Bioelectronics, 12.

Woo-Hong Yeo, Y.-S. K. (2013). Multifunctional Epidermal Electronics Printed Directly Onto the Skin. Advanced Materials, 6.

Yunzhou Shi, M. M.-G. (2018). Soft, stretchable, epidermal sensor with integrated electronics and photochemistry measuring personal UV exposures. PLOS ONE, 15.

SPECT. LO QUE NUNCA NADIE TE DIJO DE ÉL