Los micro-nano-biosistemas están permitiendo avanzar enormemente en la capacidad de medida de parámetros clínicos y encontrar biomarcadores precoces de todo tipo de enfermedades

Jordi Aguiló, coordinador del Programa de Bioingeniería e Imagen Médica del CIBER-BBN
CIBER | jueves, 29 de septiembre de 2016

El avance en el campo del diagnóstico basado en el análisis multimodal de datos e imagen y el diseño de nuevos dispositivos y sistemas biomédicos inteligentes son las dos grandes líneas que abarca el Programa de Bioingeniería e Imagen Médica del CIBER-BBN, que coordina Jordi Aguiló.


-¿Cuáles son los principales campos en los que trabajan los grupos de investigación que forman parte del Programa de Bioingeniería e Imagen Médica del CIBER-BBN?

-Podríamos hablar, fundamentalmente, de tres grandes campos. En primer lugar, la concepción, diseño y desarrollo de tecnologías y dispositivos útiles en aplicaciones biomédicas. Desde sensores para medir la viabilidad de órganos en trasplantes, defectos estructurales en la córnea o tensiones en mallas abdominales, hasta la adaptación de sensores y de comunicaciones en un smart phone que genere información y alarmas para ayuda a la autonomía personal.

Un segundo campo de trabajo se centra en el análisis multimodal: la toma de datos y análisis conjunto de los datos formados por los valores de distintas variables heterogéneas. Es decir, buscar soluciones diagnosticas o de detección precoz de anomalías o enfermedades a partir del análisis conjunto de datos diversos, como pueden ser la señal eléctrica del ECG y/o la pulsioximetría, junto con datos puntuales acerca de la cantidad de glucosa en sangre, el género, la edad o el índice de masa corporal. Desde modelado y simulación de la electrofisiología del corazón, buscar identificar en el ECG anomalías respiratorias o buscar índices de riesgo de muerte súbita, hasta intentar prevenir ataques epilépticos o regular de forma precisa y personalizada el suministro de fármacos en Parkinson o Alzheimer.

Y una tercera área se centra en la utilización de la imagen médica, normalmente por resonancia magnética, como herramienta fina de detección y seguimiento de tumores cerebrales, Alzheimer y enfermedades neurodegenerativas en general, tratamiento y seguimiento de las terapias, modelado del desarrollo embrionario, guiado de instrumentación en cirugía laparoscópica, etc.

-¿Qué ventajas aporta el contar con una estructura como el CIBER-BBN para la investigación en este campo?

-El tipo de investigaciones de las que estamos hablando requiere de equipos multidisciplinares capaces de estudiar conjuntamente y conjugar adecuadamente los distintos componentes que contribuyen a la solución de un problema biomédico. Desde la comprensión de la enfermedad, la concepción, desarrollo y prototipado de las herramientas adecuadas –lo que puede significar pensar en nuevos materiales, microsistemas, microfluídica, electrónica y microelectrónica, software, tratamiento de imágenes y datos en tiempo real, etc.–, hasta el diseño ergonómico y la presentación de datos y la comunicación con el exterior a través de internet guardando la privacidad exigida de los datos que hagan usable al sistema dentro del entorno para el que se concibe (uso domiciliario, ambulatorio, hospitalario, investigación).

Dicho esto, creo que la ventaja que representa la estructura del CIBER en general y del área CIBER-BBN en particular reside en el hecho de que no sólo facilita la interacción entre los distintos grupos que lo componen, sino que promueve activamente el establecimiento de sinergias y el estudio conjunto de los problemas médicos y clínicos entre grupos de ingeniería, comunicaciones, física o matemáticos, junto a médicos y biólogos. El CIBER promueve además la traslación y la trasferencia de los resultados obtenidos por los grupos.

-Una de las áreas en las que más se ha avanzado en los últimos años es la de la recogida y procesamiento de datos y señales biológicas, ¿seguiremos asistiendo a una revolución en esta materia?

-Sin duda. Los nuevos materiales, la nanotecnología y con ello las posibilidades de los micro-nano-biosistemas, actuando mayoritariamente como elementos de sensado y trasmisión de información y datos, hacen que se avance enormemente en la capacidad de medida de parámetros clínicos, buscando encontrar y desarrollando biomarcadores precoces de todo tipo de enfermedades.

-¿La llave del futuro en este campo es el grafeno?

-Europa apostó en su momento por dos grandes inicitivas, El Graphene–Flagship y el Human Brain-Flagship, con el ánimo de que su desarrollo sea emblemático en investigación de la Unión Europea en los próximos años.

El CIBER participa de las dos iniciativas. En particular, el CIBER-BBN es uno de los miembros de Graphene–Flagship, a través del grupo GBIO, y como tal promueve, participa y desarrolla proyectos relacionados con la utilización de grafeno y otros materiales 2D, por ejemplo para la mejora de interfaces neuronales y otros dispositivos biomédicos.

Estos proyectos se iniciaron en el 2014, con el proyecto denominado Neurographene. Durante estos años, se han puesto a punto diversos procesos para la realización de dispositivos con transistores de grafeno para medir la actividad cerebral con mejores prestaciones que las realizadas con las interfaces neuronales actuales, aprovechando las propiedades eléctricas, químicas y mecánicas únicas del grafeno. Los procesos tecnológicos puestos en marcha abarcan desde el crecimiento de grafeno, apoyados por los equipos de la Unidad 8 de la plataforma de Nanbiosis, hasta la fabricación, caracterización y  funcionalización de dichos transistores de grafeno. Los buenos resultados han facilitado la incorporación de esta nueva tecnología en otros proyectos de ámbito nacional e internacional. Entre ellos, me gustaría destacar dos intramurales CIBER, CARDIOGRAF y QS-Profile, para la realización de biosensores basados en grafeno para aplicaciones en cardiología y enfermedades infecciosas.

-Trabajan en el desarrollo de dispositivos y sistemas biomédicos inteligentes entre los que se incluyen sistemas de monitorización remota del paciente y sistemas de liberación controlada de fármacos…

-Una de las principales líneas de trabajo en este campo es el Páncreas Artificial y el desarrollo de las tecnologías que permiten su utilización en la vida diaria. A partir de la medida continua de glucosa procedente de un sensor implantado subcutáneamente, se calcula la cantidad de insulina necesaria que debe administrar la bomba de infusión de insulina. La comunicación se realiza a través de un dispositivo móvil que permite la monitorización remota del paciente y la supervisión por parte del profesional.

También se trabaja en la monitorización de la actividad física, utilizando mayoritariamente dispositivos comerciales para identificar la intensidad de la actividad realizada y sus componentes aeróbico o anaeróbico, que activan rutas metabólicas diferentes. Recientemente, se ha concluido un estudio clínico con el Hospital de Sabadell para la monitorización remota de mujeres con diabetes gestacional. La monitorización permite que las pacientes sean estratificadas según su estado metabólico, y esta información ayuda a los profesionales sanitarios en su toma de decisiones.

-¿Qué nuevas posibilidades se abren con los sistemas de e-health y m-health?

-Los sistemas de e-health y m-health permiten hacer un seguimiento más intenso de los pacientes y de su estilo de vida. De este modo es posible registrar datos que permitan aprender sobre los pacientes y predecir cuáles son las acciones terapéuticas más adecuadas a cada persona. Por otro lado, el mero hecho de que el propio paciente registre sus datos (dieta, peso, ejercicio, glucosa) tiene un impacto inmediato en su educación y en su motivación para cumplir con los objetivos. El aumento de la calidad y la cantidad de información registrada tiene un beneficio claro en que mejora los procesos de toma de decisión del médico y del propio paciente. Estos sistemas abren la posibilidad de crear sistemas proactivos que tienen inteligencia para identificar problemas y generan alarmas y realimentación a los usuarios.

-Su grupo participa en el proyecto RADAR-CNS destinado al desarrollo de sistemas de monitorización de pacientes que sufren distintas enfermedades mentales, ¿en qué consiste el trabajo de su grupo en este proyecto?

-Los dos grupos de CIBER-BBN que participan en RADAR-CNS contribuyen al proyecto aportando conocimientos y experiencia en uso de tecnología en aplicaciones biomédicas en general y, en particular, en el uso de tecnología para valoración cuantitativa de desórdenes mentales. Un ejemplo –con mayor valor explicativo que científico– seria mencionar que de la investigación para medida del nivel de estrés se ha determinado el valor diagnóstico de las mínimas diferencias de temperatura corporal en distintos puntos, lo que ahora intentaremos trasladar a epilepsia o esclerosis múltiple. Otro ejemplo seria objetivar el valor diagnóstico de las señales de voz en depresión, el deterioro cognitivo a través del estudio de la repetición de palabras, o el estado presente en Parkison o en esclerosis múltiple a través del estudio de la marcha y los movimientos mediante acelerómetros.