Aquí tienes un experimento: enciende la linterna de tu teléfono y coloca la punta de tu dedo sobre el pequeño haz de luz. ¿Qué ves? Tu dedo está iluminado, pero la luz no lo atraviesa por completo. Estás viendo lo que se llama un brillo difusivo, que es lo que ocurre cuando todas las células y moléculas que forman tu dedo absorben y dispersan el haz de luz constante en un instante.
Por Jessica Colarossi, Universidad de Boston
«La luz cambia de dirección millones de veces hasta convertirse en un resplandor rojo difuso», explica Darren Roblyer, profesor asociado de ingeniería biomédica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Boston.
Entender cómo interactúa la luz con las células y los tejidos vivos es la base de su trabajo. Puede que no sea tan sencillo como iluminar el dedo con la linterna de un teléfono, pero los principios del resplandor difuso se aplican a muchas de las invenciones de dispositivos médicos de Roblyer para el seguimiento de la salud.
En el Laboratorio de Tecnologías Ópticas Biomédicas, él y su equipo están probando formas de monitorear procesos biológicos (como la presión arterial , los niveles de oxígeno y la progresión de enfermedades) con ondas de luz. Por ejemplo, estudiar la forma en que las diferentes longitudes de onda de la luz crean patrones cuando se absorben y se dispersan puede informar a Roblyer sobre las señales metabólicas en la sangre de una persona. En los últimos años, ha desarrollado un dispositivo de monitoreo de la presión arterial que no implica un manguito que apriete el brazo, con el objetivo de obtener una lectura más precisa que las opciones actuales, a veces incómodas.
«Esta tecnología mide los efectos ópticos de lo que sucede cuando el corazón late», dice Roblyer, que también es miembro del Centro de Fotónica de BU. Cada vez que el corazón late, el flujo sanguíneo se acelera y luego se ralentiza y, al mismo tiempo, las arterias se expanden y contraen, aumentando o disminuyendo el volumen de sangre en las arterias.
«Estamos midiendo ambas cosas y extrayendo mucha información de esas formas de onda y luego usándola para predecir la presión arterial».
El dispositivo, llamado espectroscopia óptica de contraste de moteado, utiliza múltiples longitudes de onda, desde la luz visible hasta la luz infrarroja cercana (NIR), que está justo más allá de lo que nuestros ojos pueden ver, para controlar la presión arterial. El dispositivo se coloca sobre el dedo y se sujeta alrededor de la muñeca. Los últimos resultados del equipo, que aún no se han publicado formalmente, descubrieron que el dispositivo tomó mediciones de presión arterial continuas y altamente precisas en 30 personas con éxito durante varias semanas. El artículo se publica como preimpresión en bioRxiv .
Roblyer afirma que los tensiómetros actuales dejan mucho margen de error humano. Señala que tomar la presión arterial cada 15 minutos durante 24 horas con su tecnología y luego promediar esos resultados es mucho más preciso que una lectura única en el consultorio del médico y mejor para predecir accidentes cerebrovasculares, ataques cardíacos y enfermedades cardiovasculares. Es habitual que los médicos prescriban monitores para llevar a casa a las personas con riesgo de hipertensión para obtener lecturas a lo largo de 24 horas, «pero los pacientes lo odian», afirma Roblyer.
«El brazalete se quita cada 15 a 30 minutos, incluso durante la noche, por lo que realmente altera el sueño», afirma, un problema que dio a su equipo aún más incentivo para crear un dispositivo sin brazalete.
Seguimiento del tratamiento del cáncer mediante luz
Roblyer también está probando un tipo similar de tecnología óptica (que mide la absorción y dispersión de las ondas de luz) para leer las señales metabólicas de las células cancerosas. En concreto, ha estado trabajando con Naomi Ko, profesora adjunta de medicina de la Facultad de Medicina Chobanian & Avedisian de la Universidad de Boston y oncóloga médica del Centro Médico de Boston (BMC), en el desarrollo de una nueva herramienta para controlar la respuesta de los tumores de cáncer de mama a la quimioterapia o la radioterapia. El BMC es el principal hospital universitario de la BU.
«A pesar de todos los avances en las opciones de tratamiento para el cáncer de mama, hay algunos casos que no responden o solo responden parcialmente a la quimioterapia», dice Roblyer, y las herramientas de monitoreo actuales, como la mamografía, la ecografía y la resonancia magnética, «no son particularmente buenas para determinar si un tumor va a responder».
Las métricas que mide su dispositivo, como la concentración y la proporción de glóbulos rojos oxigenados y desoxigenados, se pueden utilizar para predecir si es probable que un tumor se reduzca o no. Cada vez más, los médicos administran tratamientos antes de extirpar quirúrgicamente los tumores de cáncer de mama, «por lo que monitorear la respuesta del tumor en tiempo real tiene grandes beneficios potenciales», dice Ko. «Si podemos ver cuánto se reduce un cáncer en tiempo real, durante el tratamiento, tiene el potencial de ayudarnos a adaptar los tratamientos para pacientes con cáncer de mama».
Ko y Roblyer han estado probando el dispositivo (que funciona de manera similar a un ecógrafo portátil que se mueve sobre el tejido mamario) en entornos clínicos y planean seguir analizando su eficacia durante el próximo año. Con el tiempo, Roblyer quiere que el dispositivo sea más pequeño y transportable, para que los pacientes puedan usarlo en casa y enviar las lecturas a sus médicos sin necesidad de programar una cita.
«Se trata de una tecnología que se encuentra en una etapa tan temprana que es equivalente a la que se utilizaba en los años 60 con la ecografía», afirma Roblyer. «A medida que se vayan adquiriendo conocimientos, los médicos y las enfermeras podrán interpretar los datos y utilizarlos para tomar decisiones clínicas».
Puede que haya mucho más que aprender, experimentar y hacer, pero las posibilidades son enormes. El equipo de Roblyer está trabajando en toda una serie de tecnologías ópticas, incluida una para controlar la diálisis para el tratamiento de enfermedades renales. También están en las primeras etapas de la creación de un dispositivo específico para tratar la esclerodermia (una enfermedad autoinmune devastadora que causa inflamación y fibrosis de la piel) que puede ayudar a los médicos a determinar si los medicamentos están reduciendo la fibrosis interna, ya que actualmente no existe nada parecido.
«Creo que una de las cosas más importantes que hago es que, mientras desarrollamos estas tecnologías, hablamos con muchos médicos, entendemos cuáles son sus necesidades no satisfechas y ayudamos a entender si nuestras tecnologías podrían ayudar», afirma Roblyer. «Mi esperanza con este trabajo es tener un impacto real en la vida de los pacientes».
Más información: Ariane Garrett et al, Speckle contrast optical spectroscopy improves cuffless blood pressure estimation comparison to photoplethysmography, bioRxiv (2024). DOI: 10.1101/2024.08.16.608163
