La etiqueta de ultrasonido detecta cambios en la rigidez de los órganos internos.

Los ingenieros del MIT han desarrollado una pequeña pegatina de ultrasonido que puede controlar la rigidez de los órganos profundos del cuerpo. La pegatina, del tamaño aproximado de un sello postal, se puede colocar sobre la piel y está diseñada para detectar signos de la enfermedad, como insuficiencia hepática y renal y el desarrollo de tumores sólidos.

En un estudio de código abierto que aparecerá en Science Advances, el equipo informa que el sensor puede enviar ondas sonoras a través de la piel al cuerpo, donde las ondas se reflejan en los órganos internos y regresan a la etiqueta. El patrón de ondas reflejadas puede leerse como evidencia de la rigidez del órgano, que la etiqueta puede medir y rastrear.

«Cuando algunos órganos enferman, pueden endurecerse con el tiempo», afirma Xuan Zhao, profesor de ingeniería mecánica en el MIT. «Con esta pegatina portátil, podemos controlar los cambios en la rigidez de forma continua durante largos períodos de tiempo, lo cual es extremadamente importante para el diagnóstico temprano de la insuficiencia de órganos internos».

El equipo ha demostrado que la etiqueta puede controlar la rigidez de los órganos de forma continua durante un período de 48 horas y detectar cambios sutiles que podrían indicar la progresión de la enfermedad. En experimentos preliminares, los investigadores descubrieron que el sensor adhesivo puede detectar signos tempranos de insuficiencia hepática aguda en ratones.

Los ingenieros están trabajando para adaptar el diseño para su uso con humanos. Imaginan que la pegatina se utilizará en unidades de cuidados intensivos (UCI), donde sensores de bajo nivel podrían monitorear continuamente a los pacientes que se recuperan de trasplantes de órganos.

«Imaginamos que inmediatamente después de un trasplante de hígado o riñón podríamos pegar esta pegatina al paciente y observar cómo cambia la rigidez del órgano a lo largo de los días», dice el autor principal, Hsiao-Chuan Liu. «Si hay algún diagnóstico temprano de insuficiencia hepática aguda, los médicos pueden tomar las medidas necesarias de inmediato en lugar de esperar hasta que la afección se agrave». Liu era científica visitante en el MIT en el momento del estudio y actualmente es profesora asistente en la Universidad del Sur de California.

Los coautores del estudio del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) incluyen a Xiaoyu Chen y Zhonghe Wang, junto con colaboradores de la Universidad del Sur de California.

El sensor oscila

Al igual que nuestros músculos, los tejidos y órganos de nuestro cuerpo se vuelven rígidos a medida que envejecemos. En algunas enfermedades, los órganos endurecidos pueden volverse más notorios, lo que indica la posibilidad de un grave deterioro de la salud. Los médicos ahora tienen formas de medir la rigidez de órganos, como los riñones y el hígado, mediante elastografía por ultrasonido, una técnica similar a la ecografía, en la que un técnico manipula una sonda manual o una varita sobre la piel. La sonda envía ondas sonoras a través del cuerpo, lo que hace que los órganos internos vibren ligeramente y envía ondas a cambio. La sonda detecta las vibraciones inducidas del órgano y el patrón de vibraciones se puede traducir en cuánto oscila o se endurece el órgano.

La elastografía por ultrasonido se usa comúnmente en la unidad de cuidados intensivos para monitorear a los pacientes que se han sometido recientemente a un trasplante de órgano. Los técnicos examinan periódicamente al paciente poco después de la cirugía para inspeccionar rápidamente el nuevo órgano y buscar signos de endurecimiento y posible falla o rechazo agudo.

«Después del trasplante de órganos, las primeras 72 horas son las más críticas en la UCI», dice otro autor principal, Qifa Zhou, profesor de la Universidad del Sur de California. «Con la ecografía tradicional es necesario sondear el cuerpo, pero no es posible hacerlo de forma continua y a largo plazo. Los médicos pueden pasar por alto un momento crucial y darse cuenta demasiado tarde de que el órgano está fallando».

El equipo se dio cuenta de que podrían ofrecer una alternativa portátil más duradera. Su solución se expande Cartel de ultrasonido Fueron desarrollados previamente para obtener imágenes de órganos y tejidos profundos.

«Nuestra etiqueta de imágenes capturó ondas longitudinales, mientras que esta vez queríamos capturar ondas de corte, que indicarán la rigidez del miembro», explica Zhao.

Los sensores de ultrasonido existentes miden ondas de corte o la vibración de un órgano en respuesta a pulsos de sonido. Cuanto más rápido viaja la onda de corte en un miembro, más rígido se interpreta que es el miembro. (Piense en hacer rebotar un globo de agua en comparación con un balón de fútbol).

El equipo buscaba miniaturizar las imágenes de ultrasonido para que quepan en una pegatina del tamaño de un sello. También pretendían mantener la misma sensibilidad que los sensores comerciales portátiles, que normalmente incluyen alrededor de 128 transductores piezoeléctricos, cada uno de los cuales convierte un campo eléctrico entrante en ondas sonoras salientes.

«Utilizamos técnicas de fabricación avanzadas para cortar pequeños transductores a partir de materiales piezoeléctricos de alta calidad, lo que nos permitió diseñar etiquetas ultrasónicas en miniatura», afirma Zhou.

Los investigadores fabricaron con precisión 128 transductores en miniatura y los integraron en un chip de 25 milímetros cuadrados. Recubrieron la parte inferior del chip con un adhesivo hecho de hidrogel, un material pegajoso y elástico que es una mezcla de agua y polímero, que permite que las ondas sonoras de contacto entren y salgan del dispositivo casi sin pérdidas.

En los experimentos iniciales, el equipo probó la pegatina que detecta la dureza en ratones. Descubrieron que las etiquetas podían tomar mediciones continuas de la rigidez del hígado durante un período de 48 horas. A partir de los datos recopilados por la etiqueta, los investigadores observaron signos tempranos claros de insuficiencia hepática aguda, que luego confirmaron con muestras de tejido.

«Una vez que el hígado falla, la rigidez del órgano aumentará varias veces», señala Liu.

«Se puede pasar de un hígado sano que se tambalea, como un huevo duro, a un hígado enfermo que parece un huevo duro», añade Zhao. «Esta pegatina puede detectar esas diferencias en lo profundo del cuerpo y proporcionar una alerta cuando se produce una falla orgánica».

El equipo está trabajando con médicos para adaptar la etiqueta para su uso en pacientes que se recuperan de trasplantes de órganos en la unidad de cuidados intensivos. En este escenario, no esperan un cambio significativo en el diseño actual de la pegatina, donde se puede pegar a la piel del paciente y cualquier onda sonora que envíe y reciba se puede entregar y recoger mediante dispositivos electrónicos que se conectan a la pegatina. , similarmente. A los electrodos y máquinas de electrocardiógrafo en el consultorio del médico.

Los investigadores también esperan convertir el parche en una versión más portátil y autosellante, donde todos los componentes electrónicos y el procesamiento que lo acompaña estén miniaturizados para caber en un parche un poco más grande. Luego imaginan que los pacientes puedan usar esta pegatina en casa, para monitorear continuamente las condiciones durante períodos más largos, como el desarrollo de tumores sólidos, que se sabe que se solidifican con la gravedad.

«Creemos que se trata de una plataforma tecnológica que salva vidas», afirma Zhao. «En el futuro, creemos que la gente podría pegarse algunas pegatinas en el cuerpo para medir diversos signos vitales, fotografiar y realizar un seguimiento de la salud de los principales órganos del cuerpo».

Este trabajo fue apoyado en parte por los Institutos Nacionales de Salud.