Prevención de complicaciones derivadas de lesiones cerebrales mediante el uso de fibras ópticas especializadas

Las fibras ópticas son un medio para transmitir información a velocidades increíblemente altas; sin embargo, la tecnología puede utilizarse para mucho más que proporcionar una conexión rápida a Internet. Según un artículo publicado en ACS Sensors, los investigadores han desarrollado un sistema de detección basado en fibra óptica, que permitiría a los profesionales médicos monitorear a los pacientes que han sufrido complicaciones después de un traumatismo craneoencefálico. La tecnología rastrea seis biomarcadores de forma simultánea, continua y automática para proporcionar información crucial sobre la salud cerebral en las pruebas de laboratorio.

Después de un traumatismo craneoencefálico, como una conmoción cerebral, pueden producirse daños secundarios debido a la inflamación del cerebro. Los biomarcadores presentes en la sangre o el líquido cefalorraquídeo proporcionan a los profesionales médicos información sobre la salud cerebral; sin embargo, muchos métodos actuales presentan dificultades para monitorear varios biomarcadores al mismo tiempo. Por este motivo, Yuqian Zhang, Ali Yetisen y sus colaboradores quisieron crear un sistema de fibra óptica que monitoree simultáneamente seis biomarcadores clave de la salud cerebral: la temperatura, el pH y las concentraciones de oxígeno disuelto, glucosa, iones de sodio y iones de calcio. Las fibras ópticas, similares a las más grandes utilizadas en el cableado subterráneo, son ideales para aplicaciones médicas gracias a su pequeño tamaño y su capacidad de interactuar con biomarcadores o tejidos que absorben la luz en patrones medibles.

Los investigadores equiparon seis fibras ópticas con puntas fluorescentes específicas para cada biomarcador. Se utilizó un láser especial de varias longitudes de onda a través de las fibras para monitorear los analitos. Cuando un analito diana interactuaba con una punta fluorescente, el cambio de brillo era registrado por un ordenador. Luego, las seis fibras, junto con una fibra adicional para aumentar la medición de la señal de calcio, se incorporaron a un catéter de 2,5 milímetros de espesor para crear un sistema de detección de líquido cefalorraquídeo. Los algoritmos basados en el aprendizaje automático separaron las señales de fluorescencia y facilitaron la lectura de cada biomarcador.

El sistema de detección por catéter identificó con éxito los seis biomarcadores en un experimento con cerebros de animales diseñado para imitar las condiciones del cerebro humano tras un traumatismo. Luego, se recolectaron muestras de líquido cefalorraquídeo de participantes humanos sanos a las que se les añadieron los biomarcadores de salud cerebral de interés. El sistema de detección determinó con exactitud el pH, la temperatura y el nivel de oxígeno disuelto en estas muestras e identificó cambios en las concentraciones de iones y glucosa. Los investigadores afirman que este trabajo demuestra que su sistema de fibra óptica puede detectar cuándo una lesión secundaria podría ser inminente y podría ayudar a monitorear las complicaciones de estos traumatismos en los pacientes.

Los autores agradecen la financiación de la Royal Society, la National Natural Science Foundation of China y el China Scholarship Council.

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