Dispositivo de alimentación manual separa la sangre para diagnóstico

Los investigadores han utilizado sus principios mecánicos para desarrollar una centrífuga de sangre, manual, de costo ultrabajo, hecha de papel, que no requiere energía. La herramienta podría mejorar el diagnóstico de enfermedades como la malaria, la enfermedad del sueño africana y la tuberculosis en las regiones de escasos recursos y de poca atención, en las que estas enfermedades son frecuentes.

 

Unos bioingenieros de la Universidad de Stanford (Stanford, CA, EUA) construyeron la papelfuga usando papel, cordel y plástico por un valor de 20 centavos de dólar. La papelfuga que alcanza velocidades de rotación de hasta 125.000 rpm, puede ejercer fuerzas centrífugas de 30.000 Gs, y puede separar el plasma sanguíneo de los eritrocitos en 1,5 minutos.

 

“A mi leal saber y entender, es el objeto giratorio más rápido impulsado por el poder humano”, dijo Manu Prakash, profesor asistente en Stanford. Una centrífuga es crítica para separar las fracciones de la sangre para que los patógenos sean más fáciles de detectar: los glóbulos rojos se acumulan en la parte inferior del tubo, el plasma en la parte superior y los parásitos como Plasmodium quedan situados en el centro. Prakash reconoció la necesidad de un nuevo tipo de centrífuga después de ver como una costosa centrífuga se utilizaba para tramitar una puerta en una clínica rural en Uganda, porque no había electricidad para utilizarla.

 

“Hay más de mil millones de personas en todo el mundo que no tienen infraestructura, ni carreteras, ni electricidad”, dijo el Prof. Prakash. Comenzó a pensar en ideas con Saad Bhamla, un investigador postdoctoral. Después de explorar maneras de convertir la energía humana en fuerzas de giro, comenzaron a centrarse en los juguetes inventados antes de la era industrial - yo-yos, trompos y torbellinos.

 

“Una noche estaba jugando con un botón y una cuerda, y por curiosidad, establecí una cámara de alta velocidad para ver qué tan rápido podía girar un botón. No podía creer lo que veía”, dijo el Dr. Bhamla - estaba girando a 10.000-15.000 rpm. Después de dos semanas de creación de prototipos, montó un capilar de sangre en un torbellino con un disco de papel y fue capaz de centrifugar la sangre y separarla en capas.

 

Fue una prueba de concepto, pero antes de seguir adelante en el proceso de diseño, él y el Prof. Prakash decidieron abordar una pregunta científica que nadie más había hecho: ¿Cómo funciona realmente un torbellino?

 

La otra “teoría de cuerdas”: el Dr. Bhamla reclutó a tres estudiantes de ingeniería del MIT (Cambridge, EUA) y Stanford para construir un modelo matemático. El equipo creó una simulación por computadora para capturar variables de diseño, tales como el tamaño del disco, la elasticidad de la cuerda y la fuerza de tracción. También tomaron prestadas ecuaciones de la física de las hebras de ADN superenrolladas para entender cómo las fuerzas de mano se mueven desde las cuerdas enbobinadas para impulsar el disco giratorio.

 

“Hay algunas matemáticas hermosas escondidas dentro de este objeto”, dijo Prakash. Una vez que los ingenieros validaron sus modelos contra el desempeño del prototipo en el mundo real, pudieron crear un prototipo con velocidades de rotación de hasta 125.000 rpm, una magnitud significativamente mayor que sus primeros prototipos.

 

“Desde el punto de vista técnico, podemos equipararnos con centrífugas que cuestan entre mil y cinco mil dólares”, dijo el Profesor Prakash.

 

En paralelo, mejoraron la seguridad del dispositivo y comenzaron a probar configuraciones que podían usarse para analizar parásitos vivos en el campo. A partir de los ensayos de laboratorio, encontraron que los parásitos de la malaria podrían ser separados de los glóbulos rojos en 15 minutos. Y mediante la hilatura de la muestra en un capilar prerecubierto con el colorante naranja de acridina, pudieron identificar el brillo de los parásitos colocando simplemente el capilar bajo un microscopio.

 

En la actualidad realizan un ensayo de validación de campo de la papelfuga para el diagnóstico de la malaria con PIVOT y el Instituto Pasteur, los colaboradores de salud comunitaria con sede en Madagascar.

 

La invención fue impulsada por una filosofía de diseño de caja de herramientas frugal para repensar las herramientas médicas tradicionales, reducir los costos y sacar las capacidades del laboratorio y entregarlas a las manos de los trabajadores de la salud en áreas pobres en recursos. “La ciencia frugal consiste en democratizar las herramientas científicas para llevarlas a la gente de todo el mundo”, dijo el Profesor Prakash, quien también espera que estas herramientas permitan, algún día, llevar un laboratorio completo en una mochila a las zonas remotas y desatendidas.

 

El estudio se publicó el 10 de enero de 2017 en la revista Nature Biomedical Engineering.