Un chip detecta en minutos los primeros signos de un infarto
Una nueva prueba de sangre rápida y precisa podría acelerar el diagnóstico de un ataque cardiaco para los médicos y los servicios de atención sanitaria de urgencias y emergencias.
Por Enrique Coperías
El investigador de la Johns Hopkins Peng Zheng muestra el corazón del invento, un diminuto chip con una innovadora superficie nanoestructurada sobre la que se analiza la sangre. Crédito: Will Kirk/Universidad Johns Hopkins
En los infartos, cada segundo cuenta. Un nuevo análisis de sangre los diagnostica en minutos en lugar de horas, y podría adaptarse como herramienta médica para el personal sanitario en la primera línea de intervención, así como para tenerlo en los hogares.
«Los infartos de miocardio requieren una intervención médica inmediata para mejorar la evolución de los pacientes, pero, aunque el diagnóstico precoz es fundamental, también puede resultar muy difícil y casi imposible fuera de un entorno clínico —explica Peng Zheng, investigador científico de la Universidad Johns Hopkins, en Estados Unidos, y autor principal del estudio. Y añade—: Hemos sido capaces de inventar una nueva tecnología que puede establecer con rapidez y precisión si alguien está sufriendo un infarto».
Los resultados de la investigación de este sistema de diagnóstico conceptual, que puede modificarse para detectar enfermedades infecciosas y biomarcadores del cáncer, acaban de quedar reflejados en la revista Advanced Science.
El infarto sigue siendo una de las enfermedades más difíciles de diagnosticar
Zheng y el autor principal, Ishan Barman, desarrollan herramientas de diagnóstico basadas en la biofotónica, un campo interdisciplinario que combina la biología y la fotónica, la ciencia de la generación, manipulación y detección de la luz. Esta disciplina se centra en el uso de la luz —en concreto, los fotones— para investigar y manipular sistemas biológicos.
La biofotónica abarca diversas aplicaciones, desde la investigación biomédica hasta el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Por ejemplo, la espectroscopía utiliza luz para identificar cambios en las propiedades ópticas de las células cancerosas, lo que permite detectar tumores en etapas tempranas. Y los biosensores ópticos permiten la detección de biomarcadores en la sangre a través de métodos ópticos, lo que facilita el diagnóstico de enfermedades como la diabetes y los trastornos infecciosos.
El infarto de miocardio aparece por un riego sanguíneo insuficiente debido a la obstrucción o estenosis (estrechez) de una arteria coronaria. Los síntomas, tanto en hombres como mujeres, suele ser algún tipo de dolor en el pecho, presión o incomodidad que dura más de unos pocos minutos o aparece y desaparece. Imagen generada con Copilot
Zheng y sus colegas utilizaron la biofotónica para detectar en la sangre los primeros indicios de que alguien está sufriendo un infarto. Aunque se calcula que más de 800.000 personas sufren infartos cada año sólo en Estados Unidos —en España ocurren alrededor de 140.000 muertes y 5 millones de hospitalizaciones anuales a causa de infarto agudo de miocardio—, el infarto sigue siendo una de las enfermedades más difíciles de diagnosticar, con síntomas muy variables y señales biológicas que pueden ser sutiles y fáciles de pasar por alto en las primeras fases del ataque, cuando la intervención médica puede ser más beneficiosa.
La mitad de los infartos ocurren sin síntomas previos
En este sentido hay que decir que el infarto, que ocurre cuando se bloquea o se reduce gravemente el flujo de sangre que va al corazón, se caracteriza por la aparición súbita de síntomas como dolor intenso en la zona del esternón que no remite con los movimientos ni con la respiración, y en ocasiones se irradia hacia mandíbula, cuello y espalda, brazo izquierdo, y en algunos casos, hacia el brazo derecho. Se puede asociar a sudor frío y mareo.
Otras veces, el infarto agudo de miocardio se manifiesta con dolor en la parte alta del abdomen, dificultad para respirar, ganas de vomitar y pérdida de conocimiento.
Ahora bien, casi la mitad de los ataque al corazón ocurren sin síntomas previos. En otros casos, existen algunas situaciones o enfermedades que pueden causar síntomas se podrían confundir con los de un infarto, como es el caso del reflujo esofágico, los dolores musculares en la zona del pecho causados por un esfuerzo o por un golpe y los ataques de ansiedad.
Un electrocardiograma y un análisis de sangre
A las personas que se sospecha que han tenido ataques cardíacos generalmente se les realiza una combinación de pruebas para confirmar el diagnóstico. Generalmente, el chequeo comienza con un electrocardiograma (ECG) para medir la actividad eléctrica del corazón, un procedimiento que dura unos cinco minutos; y un análisis de sangre, que busca la presencia de marcadores cardíacos que indican un daño al músculo cardíaco El análisis de laboratorio puede tomar al menos una hora, y, a menudo, debe repetirse.
El análisis de sangre que ha desarrollado el equipo de la Johns Hopkins reduce este tiempo a entre cinco y siete minutos. También es más preciso y más asequible que los métodos actuales, dicen los investigadores.
El nuevo ingenio permite realizar un análisis de sangre fiable en solo cinco minutos. Crédito: Will Kirk / Universidad Johns Hopkins
Aunque se creó para realizar diagnósticos rápidos en un entorno clínico, la prueba podría adaptarse como una herramienta portátil que los servicios médicos de urgencia podrían utilizar sobre el terreno, o que la gente podría incluso ser capaz de utilizar por sí misma en casa.
«Hablamos de velocidad, de precisión y de la posibilidad de realizar mediciones fuera de un hospital —explica Barman, bioingeniero del Departamento de Ingeniería Mecánica en una nota de prensa de la Universidad Johns Hopkins. Y añade—: En el futuro, esperamos que esto pueda convertirse en un instrumento portátil, como un tricorder de Star Trek, en el que tienes una gota de sangre y, ¡Voilà!, en unos segundos tienes la detección».
El corazón del invento es un minúsculo chip con una innovadora superficie nanoestructurada sobre la que se analiza la sangre. La metasuperficie del chip mejora las señales eléctricas y magnéticas durante el análisis por espectroscopia Raman, lo que hace visibles los biomarcadores del infarto en cuestión de segundos, incluso en concentraciones ultrabajas.
Biomarcadores chivatos del infarto
La herramienta es lo bastante sensible como para detectar biomarcadores del infarto que podrían no detectarse en absoluto con las pruebas actuales, o no detectarse hasta mucho después del infarto. Por ejemplo, en la actualidad, los laboratorios echan mano de biomarcadores como la troponina cardíaca, la creatina-cinasa (CK), la CK-MB y la mioglobina.
Aunque está diseñada para diagnosticar infartos, la herramienta podría adaptarse para detectar cáncer y enfermedades infecciosas, afirman los investigadores. «El potencial comercial es enorme —afirma Barman—. No hay nada que limite esta plataforma tecnológica».
Ahora, los investigadores planean perfeccionar el análisis de sangre y acometer ensayos clínicos de mayor envergadura, para validar la prueba de diagnóstico del infarto. ▪️
Información facilitada por la Universidad Johns Hopkins
Fuente: Peng Zheng, Lintong Wu, Piyush Raj, Jeong Hee Kim, Santosh Kumar Paidi, Steve Semancik, Ishan Barman. Multiplexed SERS Detection of Serum Cardiac Markers Using Plasmonic Metasurfaces. Advanced Science (2024). DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202405910
