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| Los ingenieros desarrollan un dispositivo inalámbrico ultrafino para controlar la salud de los huesos. Crédito: Gutruf Lab/Universidad de Arizona |
Un equipo de investigadores de la Universidad de Arizona ha desarrollado una nueva clase de dispositivos inalámbricos ultrafinos que se adhieren a la superficie del hueso y que algún día podrían ayudar a los médicos a controlar la salud y la curación de los huesos durante largos periodos.
Estos dispositivos, denominados electrónica de superficie ósea, presentan una mecánica suave, un factor de forma ultrafino y biointerfaces multimodales miniaturizadas compuestas por sensores y optoelectrónica adheridos directamente a la superficie del hueso. El conjunto de sensores está empaquetado en un paquete flexible tan fino como una hoja de papel y del tamaño aproximado de un céntimo. Esto significa que puede ajustarse a la curvatura del hueso, formando una interfaz hermética.
El "ordenador en el hueso" puede transmitir de forma inalámbrica datos sobre los huesos a un smartphone u otro dispositivo. Tampoco necesita batería, sino que utiliza un método de alimentación y comunicación llamado comunicación de campo cercano (NFC), que también se utiliza en los smartphones para pagar sin contacto.
Para mantenerlo adherido a los huesos durante un largo periodo de tiempo, el equipo ha desarrollado un adhesivo que contiene partículas de calcio con una estructura atómica similar a la de las células óseas, que se utiliza para fijar la electrónica de la superficie ósea al hueso. "El hueso básicamente cree que el dispositivo es parte de él y crece hasta el propio sensor", explica el coautor del estudio, Philipp Gutruf, profesor adjunto de ingeniería biomédica. "Esto le permite formar un vínculo permanente con el hueso y realizar mediciones durante largos periodos de tiempo".
Un médico podría fijar el dispositivo a un hueso roto o fracturado para controlar el proceso de curación. Esto podría ser especialmente útil en pacientes con afecciones como la osteoporosis, ya que suelen sufrir refracturas. Conocer la rapidez y la calidad de la cicatrización del hueso también podría servir para tomar decisiones de tratamiento clínico, como por ejemplo cuándo retirar los elementos temporales como placas, varillas o tornillos.
El equipo ha probado el dispositivo sin pilas en animales, demostrando que puede utilizarse en modelos de animales pequeños que se mueven libremente y en tejidos profundos en modelos de animales grandes. Los datos en tiempo real pueden leerse con un teléfono inteligente, lo que pone de manifiesto sus características idóneas para la investigación exploratoria y su utilidad como plataforma diagnóstica y terapéutica.
Los investigadores creen que una estrecha vigilancia de los huesos permitiría a los médicos tomar decisiones más informadas sobre los niveles de dosificación de los medicamentos.
"Poder monitorizar la salud del sistema musculoesquelético es súper importante", dijo Gutruf, que también es miembro del Instituto BIO5 de la universidad. "Con esta interfaz, básicamente tienes un ordenador en el hueso. Esta plataforma tecnológica nos permite crear herramientas de investigación para que los científicos descubran cómo funciona el sistema musculoesquelético y utilicen la información obtenida en beneficio de la recuperación y la terapia."
Fuentes, créditos y referencias:
Cai, L., Burton, A., Gonzales, D.A. et al. Osseosurface electronics—thin, wireless, battery-free and multimodal musculoskeletal biointerfaces. Nat Commun 12, 6707 (2021). doi.org/10.1038/s41467-021-27003-2
Fuente: Universidad de Arizona