Investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado el primer dispositivo portátil que mide los gases emitidos y absorbidos por la piel. Al analizar estos gases, el dispositivo ofrece una forma totalmente nueva de evaluar la salud de la piel, lo que incluye el control de heridas, la detección de infecciones cutáneas, el seguimiento de los niveles de humedad, la cuantificación de la exposición a sustancias químicas nocivas para el medio ambiente y mucho más.
La nueva tecnología incorpora una serie de sensores que miden con precisión los cambios de temperatura, los niveles de vapor de agua, el dióxido de carbono(CO2) y los compuestos orgánicos volátiles (COV), proporcionando información valiosa sobre diversas afecciones cutáneas y la salud en general. Estos gases fluyen hacia una pequeña cámara dentro del dispositivo que flota sobre la piel sin llegar a tocarla. Este diseño sin contacto es especialmente útil para recabar información sobre la piel sensible sin alterar los tejidos delicados. El estudio se ha publicado en la revista Nature. El artículo demuestra la eficacia del dispositivo en animales pequeños y seres humanos.
Nueva tecnología para poblaciones vulnerables
“Este dispositivo es una evolución natural de los dispositivos electrónicos portátiles de nuestro laboratorio que recogen y analizan el sudor”, explica John A. Rogers, de la Universidad Northwestern, que codirigió el estudio. “En este caso, analizamos el sudor para saber más sobre la salud general del usuario. Aunque este método es útil, requiere la estimulación farmacológica de las glándulas sudoríparas o la exposición a un ambiente cálido y húmedo. Pensamos en lo que podríamos captar de la piel que está constantemente presente de forma natural. Resulta que la superficie de la piel emite todo tipo de sustancias -vapor de agua, dióxido de carbono y compuestos orgánicos volátiles- que pueden estar relacionadas con el estado de salud fisiológico subyacente.”
Según Guillermo A. Ameer, de la Universidad Northwestern, que codirigió el estudio, esta tecnología tiene el potencial de revolucionar la atención clínica, especialmente para poblaciones vulnerables como los recién nacidos, los ancianos, los pacientes diabéticos y otras personas con la piel dañada. La belleza del dispositivo, según los investigadores, es que proporciona una forma totalmente nueva de evaluar el estado de la piel sensible sin entrar en contacto con heridas, úlceras o abrasiones. Este dispositivo es el primer gran paso hacia la medición de los cambios gaseosos y su correlación con el estado de la piel.
Rogers es pionero en bioelectrónica, catedrático Louis Simpson y Kimberly Querrey de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Ingeniería Biomédica y Neurocirugía en la Universidad Northwestern -con cargos docentes en la Escuela de Ingeniería McCormick y la Escuela de Medicina Feinberg- y director del Instituto Querrey Simpson de Bioelectrónica. Ameer es catedrático Daniel Hale Williams de Ingeniería Biomédica en la Escuela de Ingeniería McCormick, catedrático de Cirugía en la Escuela de Medicina Feinberg y director fundador del recién creado Instituto Querrey Simpson de Ingeniería Regenerativa de la Universidad Northwestern (QSI RENU). Rogers y Ameer codirigieron el estudio con Yonggang Huang, catedrático Jan y Marcia Achenbach de Ingeniería Mecánica y catedrático de Ingeniería Civil y Medioambiental.
Determinar la salud de la piel en casa
La capa más externa de la piel, conocida como barrera cutánea, es la primera línea de defensa del organismo contra las influencias externas. Conserva la humedad impidiendo la pérdida excesiva de agua y protege contra irritantes, bacterias y radiación UV. Si se daña la barrera cutánea, puede aumentar la pérdida de agua (conocida como pérdida transepidérmica de agua o TEWL), la sensibilidad de la piel y el riesgo de infecciones y enfermedades inflamatorias como el eccema y la psoriasis. “La piel es fundamental para protegernos del medio ambiente”, afirma la Dra. Amy Paller, coautora del estudio, catedrática de Dermatología Walter J. Hamlin y directora del Departamento de Dermatología de Feinberg. Un componente clave de esta función protectora es la barrera cutánea, que se caracteriza principalmente por una impresionante colección de proteínas y lípidos estrechamente entretejidos que retienen el agua en su interior y mantienen alejados irritantes, toxinas, microbios y alérgenos.
Mediante el seguimiento de los cambios en la liberación de agua y gases de la piel, los profesionales sanitarios pueden conocer mejor la integridad de la barrera cutánea de sus pacientes. Aunque ya existe tecnología para medir la pérdida de agua, se trata de aparatos grandes y voluminosos que se utilizan sobre todo en hospitales. En cambio, este dispositivo compacto y portátil se ha desarrollado para facilitar a los médicos el seguimiento a distancia de sus pacientes y para que las personas puedan controlar la salud de su piel en casa. El método de referencia para medir la integridad de la barrera cutánea es un dispositivo de gran tamaño con una sonda que se coloca intermitentemente sobre la piel para recoger información sobre la pérdida transepidérmica de agua, es decir, el flujo de agua a través de la piel. Un dispositivo que pueda medir la pérdida transepidérmica de agua a distancia, de forma continua o según las instrucciones del examinador sin molestar al paciente durante el sueño es un gran avance.
Decisiones más informadas y rápidas sobre el cuidado de las heridas
El dispositivo sólo mide dos centímetros de largo y uno y medio de ancho y consta de una cámara, una serie de sensores, una válvula programable, un circuito electrónico y una pequeña batería recargable. En lugar de tocar directamente la piel, la cámara flota unos milímetros por encima de ella. Una válvula automática abre y cierra el acceso a esta cámara, función que regula dinámicamente el acceso entre la cámara cerrada y el aire circundante. Cuando la válvula está abierta, los gases entran y salen de la cámara, lo que permite al aparato medir una línea de base. Cuando la válvula se cierra rápidamente, los gases quedan atrapados en la cámara. A partir de ahí, los sensores miden los cambios en las concentraciones de gas a lo largo del tiempo.
A través de Bluetooth, el dispositivo envía estos datos directamente a un teléfono inteligente o una tableta, donde pueden controlarse en tiempo real. Estos rápidos resultados ayudan al personal médico a tomar decisiones más informadas y rápidas sobre el cuidado de las heridas y la administración de antibióticos. Dado que las concentraciones elevadas de vapor de agua,CO2 y COV se asocian al crecimiento bacteriano y al retraso de la cicatrización, la monitorización de estos factores puede ayudar a los cuidadores a detectar las infecciones antes y de forma más segura. “Prescribir antibióticos para las heridas puede entrañar cierto riesgo”, explica Ameer, experto en procedimientos regenerativos para mejorar la cicatrización. A veces es difícil saber si una herida está infectada o no. Si es evidente, puede que ya sea demasiado tarde y el paciente desarrolle una septicemia, que es increíblemente peligrosa. Para evitarlo, los médicos recetan una amplia gama de antibióticos. Esto puede provocar resistencia a los antibióticos, que es un problema creciente en la asistencia sanitaria. Por tanto, la capacidad de vigilar de cerca y continuamente una herida y recetar un antibiótico al primer signo de infección es de evidente y gran interés.
Aunque la vigilancia continua es importante para todo tipo de heridas, resulta especialmente crucial para los pacientes diabéticos. Ameer ya ha desarrollado varias estrategias para tratar las úlceras diabéticas, como geles antioxidantes y apósitos regeneradores. Hace dos años, Ameer se asoció con Rogers para desarrollar el primer apósito electrónico temporal que utiliza la estimulación eléctrica para acelerar la cicatrización de las heridas. El nuevo wearable es otra herramienta para ayudar a estos pacientes vulnerables a evitar efectos secundarios de riesgo.
Evaluar la seguridad de los cosméticos y productos de cuidado personal
La nueva tecnología innovadora no sólo ofrece información sin precedentes sobre la cicatrización de heridas y la salud de la piel, sino que también podría allanar el camino para avanzar en el control de la eficacia de los repelentes de insectos, las cremas cutáneas y los medicamentos sistémicos para mejorar la salud de la piel.El CO2 y los COV son precisamente los gases que atraen a los mosquitos y otras plagas. Por tanto, medir estas emisiones de la piel podría ayudar a los investigadores a comprender y, potencialmente, reducir la atracción que ejercen sobre los mosquitos. El nuevo dispositivo también podría permitir a los dermatólogos y a sus pacientes medir la rapidez con que las lociones y cremas penetran en la piel, lo que podría aportar información sobre la permeabilidad y la función de barrera de la piel.
Estos datos también podrían ayudar a otros investigadores a desarrollar sistemas transdérmicos de administración de fármacos más eficaces, controlar los efectos de fármacos administrados sistémicamente para enfermedades cutáneas y evaluar la seguridad de cosméticos y productos de cuidado personal. A continuación, el equipo de la Universidad Northwestern tiene previsto perfeccionar las características del dispositivo, por ejemplo añadiendo un sensor que registre los cambios de pH y desarrollando sensores de gas con mayor selectividad química para la detección precoz de disfunciones orgánicas y otras enfermedades.