Algunas heridas simplemente no se curan. Las infecciones, las enfermedades como la diabetes y la supresión del sistema inmunitario suelen acumularse para retrasar la cicatrización. Las heridas crónicas pueden durar meses y provocar ansiedad y depresión. En el peor de los casos, ponen en peligro la vida y hasta ahora las soluciones para el tratamiento de las heridas crónicas han sido escasas. El nuevo vendaje inteligente se compone de circuitos inalámbricos que utilizan sensores de impedancia/temperatura para controlar la progresión de la cicatrización de la herida.
Si la herida está menos curada o se detecta una infección, los sensores informan a una unidad central de procesamiento para que aplique más estimulación eléctrica en el lecho de la herida para acelerar el cierre del tejido y reducir la infección. Los investigadores pudieron seguir los datos de los sensores en tiempo real en un teléfono inteligente, todo ello sin necesidad de cables. La capa electrónica, que incluye una unidad de microcontrolador (MCU), una antena de radio, una memoria, un estimulador eléctrico, biosensores y otros componentes, tiene un grosor de sólo 100 micras, más o menos el de una sola capa de pintura de látex.
Todo este sistema de circuitos se monta sobre un hidrogel ingeniosamente diseñado -un polímero gomoso similar a la piel- que se integra tanto para proporcionar estimulación eléctrica curativa al tejido lesionado como para recoger datos de biosensores en tiempo real. El polímero del hidrogel se ha diseñado cuidadosamente para que se adhiera firmemente a la superficie de la herida cuando sea necesario, pero para que se desprenda limpia y suavemente sin dañar la herida cuando se calienta a unos pocos grados por encima de la temperatura corporal (40°C).
«Al sellar la herida, el vendaje inteligente protege mientras se cura -afirma Yuanwen Jiang, coprimer autor del estudio y becario posdoctoral en el laboratorio de Zhenan Bao, catedrático K.K. Lee de Ingeniería Química en la Facultad de Ingeniería de Stanford-, pero no es una herramienta pasiva. Es un dispositivo de curación activa que podría transformar el estándar de atención en el tratamiento de las heridas crónicas». Se ha informado anteriormente de que la estimulación eléctrica, también conocida como galvanotaxis, acelera la migración de los queratinocitos al lugar de la herida, limita las infecciones bacterianas y evita el desarrollo de biopelículas en las superficies de las heridas, para promover proactivamente el crecimiento de los tejidos y ayudar a su reparación.
Los investigadores lograron tomar esta tecnología bien estudiada e integrarla con datos de biosensores en tiempo real para proporcionar una nueva modalidad de tratamiento automatizado que se basa en los biosensores. La capacidad de biosensores del vendaje inteligente controla los cambios biofísicos en el entorno local, proporcionando una forma rápida, robusta y extremadamente precisa de medir el estado de la herida en tiempo real. Desde el punto de vista técnico, el vendaje inteligente detecta los cambios de conductividad y temperatura en la piel a medida que la herida se cura: la impedancia eléctrica aumenta cuando las heridas se curan y la temperatura local disminuye cuando la inflamación disminuye.
«Con la estimulación y la detección en un solo dispositivo, el vendaje inteligente acelera la cicatrización, pero también hace un seguimiento de la mejora de la herida», dice Artem Trotsyuk, también primer autor del estudio, que completó su trabajo de posgrado en el laboratorio del doctor Geoffrey Gurtner, antiguo profesor emérito de cirugía de Johnson & Johnson en la Facultad de Medicina de Stanford y actual presidente del Departamento de Cirugía y profesor de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Arizona en Tucson. «Creemos que representa una nueva modalidad que permitirá nuevos descubrimientos biológicos y la exploración de hipótesis hasta ahora difíciles de comprobar sobre el proceso de curación humano», añade.
Los investigadores llevaron su estudio un paso más allá, aventurándose a comprender por qué y cómo la estimulación eléctrica cura la herida más rápidamente. Ahora creen que la estimulación eléctrica promueve la activación de genes pro-regenerativos como el Selenop, un gen antiinflamatorio que se ha descubierto que ayuda a la eliminación de patógenos y a la reparación de heridas, y el Apoe, que se ha demostrado que aumenta el crecimiento de los músculos y los tejidos blandos.
Asimismo, la estimulación eléctrica aumentó la cantidad de poblaciones de glóbulos blancos, concretamente monocitos y macrófagos, mediante el reclutamiento de mayores cantidades de macrófagos antiinflamatorios M2, de los que se ha informado previamente que son pro-regenerativos y que desempeñan un papel clave en la formación de la matriz extracelular que se requiere durante las fases proliferativas de la cicatrización de heridas. Los investigadores advierten que el vendaje inteligente es todavía una prueba de concepto, aunque prometedora.
Sin embargo, aún quedan muchos retos por delante. Entre ellos, aumentar el tamaño del dispositivo a escala humana, reducir el coste y resolver los problemas de almacenamiento de datos a largo plazo, todo ello necesario para ampliar la producción en masa si surge la necesidad y la oportunidad. Asimismo, hay nuevos sensores que no están integrados actualmente y que podrían añadirse, como los que miden los metabolitos, los biomarcadores y el pH. Y hay algunos obstáculos potenciales para el uso clínico, como el rechazo del hidrogel, en el que la piel puede reaccionar al dispositivo y crear una mala combinación gel-piel, o la bioincrustación de los sensores, que puede causar irritación. A pesar de estos obstáculos, los investigadores siguen adelante y se muestran optimistas sobre el potencial de su vendaje inteligente para dar esperanza a los pacientes que sufren heridas crónicas.
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