MADRID, 30 Jun. (EUROPA PRESS) -
En un nuevo estudio, investigadores de Universidad de Tianjin (China) demostraron la monitorización no invasiva a largo plazo de los niveles de sodio en sangre mediante un sistema que combina la detección optoacústica con la espectroscopia de terahercios.
La medición precisa del sodio en sangre es esencial para el diagnóstico y el tratamiento de afecciones como la deshidratación, la enfermedad renal y ciertos trastornos neurológicos y endocrinos.
En Optica, la revista insignia de 'Optica Publishing Group' para la investigación de alto impacto, los investigadores describen su nuevo sistema optoacústico multiespectral de terahercios y demuestran que puede utilizarse para la monitorización no invasiva y a largo plazo de la concentración de sodio en ratones vivos sin necesidad de marcadores. Las pruebas preliminares realizadas con voluntarios humanos también resultaron prometedoras.
La radiación de terahercios, que se encuentra entre las microondas y la región del infrarrojo medio del espectro electromagnético, es ideal para aplicaciones biológicas porque tiene baja energía y no es dañina para los tejidos, se dispersa menos que la luz infrarroja cercana y la luz visible y es sensible a los cambios biológicos estructurales y funcionales.
"Para aplicaciones biomédicas, la espectroscopia de terahercios aún enfrenta dos desafíos clave: detectar moléculas distintas del agua en muestras biológicas complejas y penetrar capas gruesas de tejido para permitir la detección dentro del cuerpo", apunta Zhen Tian, ??líder del equipo de investigación de la Universidad de Tianjin (China). "Al incorporar la detección optoacústica, logramos superar estos desafíos y demostrar la primera detección in vivo de iones mediante ondas de terahercios. Este es un paso importante para que las técnicas basadas en terahercios sean prácticas para el uso clínico".
"Con un mayor desarrollo, esta tecnología podría utilizarse para monitorizar los niveles de sodio en pacientes sin necesidad de extracciones de sangre", añade Tian. "Las mediciones de sodio en tiempo real podrían utilizarse para corregir de forma segura desequilibrios en pacientes críticos, evitando así complicaciones neurológicas peligrosas que pueden ocurrir cuando los niveles de sodio cambian rápidamente".
El nuevo trabajo forma parte de un proyecto más amplio cuyo objetivo es impulsar e implementar la tecnología de terahercios en el campo biomédico mediante técnicas optoacústicas de terahercios. Un objetivo clave del proyecto es reducir la interferencia de señales causada por el agua, que absorbe fuertemente la radiación de terahercios.
Para superar esta interferencia, los investigadores desarrollaron un sistema modular que irradia la muestra con ondas de terahercios. A medida que la muestra absorbe estas ondas, vibran los iones de sodio unidos a las moléculas de agua en la sangre, creando ondas ultrasónicas que se detectan con un transductor ultrasónico. Esta técnica, conocida como detección optoacústica, convierte la energía de terahercios absorbida en ondas sonoras para su medición.
"La tecnología optoacústica de terahercios representa un avance revolucionario para las aplicaciones biomédicas al superar eficazmente la barrera de absorción de agua que históricamente ha limitado estas aplicaciones", informa Tian. "La importancia de este trabajo va mucho más allá de la detección de sodio en sangre. Esta tecnología tiene la capacidad de identificar diversas biomoléculas, como azúcares, proteínas y enzimas, al reconocer sus características únicas de absorción de terahercios".
Para probar su nuevo sistema, los investigadores demostraron que podía medir el aumento de los niveles de sodio en sangre en los vasos sanguíneos subcutáneos de ratones vivos en una escala de milisegundos durante más de 30 minutos. Estas mediciones se tomaron del oído, con la superficie de la piel enfriada a 8 °C para atenuar la señal optoacústica de fondo del agua.
Los investigadores también demostraron que el sistema optoacústico de terahercios podía distinguir rápidamente entre niveles altos y bajos de sodio en muestras de sangre humana. Finalmente, midieron de forma no invasiva los niveles de iones de sodio en los vasos sanguíneos de las manos de voluntarios sanos. Descubrieron que la señal optoacústica detectada del sodio era proporcional al flujo sanguíneo subcutáneo, incluso cuando las mediciones se realizaron sin enfriamiento cutáneo. Si bien se necesita más investigación, estos resultados sugieren que el sistema podría ser útil para la monitorización no invasiva en tiempo real.
Los investigadores afirman que adaptar el sistema para uso humano requerirá identificar puntos de detección adecuados en el cuerpo humano, como el interior de la boca, que toleren un enfriamiento rápido y permitan una detección de señales potente con un ruido de fondo mínimo. También están explorando métodos alternativos de procesamiento de señales que podrían permitir la supresión de la interferencia del agua sin necesidad de enfriamiento, lo que haría el enfoque más práctico para el diagnóstico clínico.
