Dispositivo portátil para glucosa incluye módulo de suministro de medicamentos

Los investigadores han desarrollado un dispositivo de monitorización y mantenimiento exacto de la glucosa, basado en el sudor, que proporciona una medición rápida de la glucosa y les permite a los médicos prescribir una dosis controlada con precisión, con varios pasos, de los medicamentos.

El grupo de investigación, del Centro de Investigación de Nanopartículas del Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Daejeon, Corea), ha ampliado su estudio anterior (2016) mejorando la eficiencia de los procesos de recolección, detección y terapia del sudor. El sistema de medición de glucosa también viene en un conveniente formato sensor, de tira desechable.

El protocolo convencional causa un alto estrés a los pacientes diabéticos, ya que requiere pinchazos dolorosos, repetitivos para la extracción de sangre e inyecciones de insulina. Muchos pacientes se vuelven reacios a realizarse las pruebas y los tratamientos periódicos requeridos, dando como resultado un empeoramiento de los síntomas. El método alternativo reciente de monitorización usando sudor ofrece un método de seguimiento de la glucosa en la sangre sin dolor. Sin embargo, muchos de los desafíos para la aplicación clínica incluyen: un procedimiento tedioso de recolección de sangre, la detección de glucosa basada en enzimas, que es propensa a errores y puede conducir a tratamientos excesivos de fármacos, etc.

Para abordar estos problemas, el grupo de investigación desarrolló un módulo multietapa, fácil de usar. Para acelerar la recolección de sudor, revisaron el sistema para poder trabajar con un volumen bajo de sudor. En los sensores de glucosa y pH, los electrodos de referencia y de análisis están estrechamente empaquetados para minimizar la cantidad requerida de sudor. El dispositivo cuenta con más sensores de un tamaño más pequeño que en el estudio anterior, resultando en un sensor miniaturizado que permite un análisis fiable, incluso con 1 μL de sudor.

“Fue un gran reto encontrar el tamaño óptimo de los sensores, si el tamaño es demasiado pequeño, la señal se vuelve demasiado pequeña o la funcionalidad superficial se vuelve difícil de manejar”, dijo el primer autor del estudio, el Dr. Hyunjae Lee.

Los investigadores utilizaron electrodos de metal poroso electroquímicamente activos (reemplazando los materiales de grafeno del estudio anterior) para aumentar la sensibilidad. Además, la estructura porosa le permite formar fuertes enlaces entre las enzimas, dando como resultado una mayor fiabilidad de los sensores cuando se encuentran bajo fricción mecánica y deformación.

Para una lectura más exacta y la terapia de retroalimentación, el sistema de parche incorpora una capa de absorción de sudor adicional (una red soluble en agua y porosa de hidratos de carbono para absorber eficazmente el sudor exudado de la piel) y una banda impermeable detrás del parche de silicona facilita la recolección del sudor y mantiene el parche intacto incluso cuando ocurre una deformación física de la piel.

El sistema también permite un suministro fiable de medicamentos para evitar el tratamiento exagerado. Los fármacos para la terapia de retroalimentación se cargan en dos nanopartículas (PCNs) de cambio de fase que responden a la temperatura, incrustadas en microagujas, que están adicionalmente recubiertas con materiales de cambio de fase (PCM).

El Dr. Lee subraya el papel del revestimiento adicional de pulverización de los PCM: “Los sistemas previos no pueden prevenir la difusión natural de los fármacos del depósito de fármacos y dependen en gran medida de la elevación de la temperatura para aumentar la velocidad de difusión del medicamento. Nuestro sistema usa PCMs para prevenir la liberación del medicamento o usando las propiedades de fusión de los materiales de cambio de fase por encima de la temperatura crítica, permitiendo, de esta manera, la administración escalonada de fármacos. Además, se pueden cargar también diferentes fármacos en los PCN para la administración escalonada y múltiple de fármacos”.

Las microagujas termosensibles controladas por tres calentadores, multicanal, pueden administrar un fármaco hasta con seis pasos de dosis en respuesta al nivel de glucosa medido. En experimentos con ratones diabéticos, los investigadores confirmaron que a medida que se administra más fármaco, el nivel de glucosa en sangre se suprime aún más.

“Este sistema conveniente y preciso es también compatible con la producción en masa, ya que utiliza el electrodo metálico que puede ser fabricado fácilmente a través de un proceso de fabricación de semiconductores convencional”, dijo el Dr. Lee, aunque “aún hay margen de mejora antes de la aplicación clínica”. El autor co-correspondiente, KIM Dae-Hyeong señaló: “El mecanismo fundamental subyacente de este sistema puede ser aplicado en el diagnóstico y tratamientos clínicos de diversas enfermedades”.

El estudio, por Lee H et al, fue publicado el 8 de marzo de 2017 en la revista Science Advances.