Científicos crean tatuaje

Apr 23, 2023

"El sensor de oxígeno es una prueba de concepto para una variedad de sensores que podríamos crear", dijo David Kaplan. Ilustración: Shutterstock

El material a base de seda debajo de la piel cambia de color en respuesta al oxígeno y, en el futuro, podría adaptarse para rastrear la glucosa y otros componentes de la sangre.

Las personas se hacen tatuajes para conmemorar un evento o una persona, para hacer una declaración o simplemente como un adorno estético. Pero imagine un tatuaje que podría ser funcional: le dice cuánto oxígeno está usando cuando hace ejercicio, mide su nivel de glucosa en sangre en cualquier momento del día o monitorea una cantidad de componentes sanguíneos diferentes o la exposición a toxinas ambientales.

Ahora, los ingenieros de la Universidad de Tufts han dado un paso importante para que eso suceda con la invención de un material a base de seda colocado debajo de la piel que brilla más o se atenúa bajo una lámpara cuando se expone a diferentes niveles de oxígeno en la sangre. Informaron sus hallazgos en la revista Advanced Functional Materials.

El novedoso sensor, que actualmente se limita a leer los niveles de oxígeno, está hecho de un gel formado a partir de los componentes proteicos de la seda, llamado fibroína. Las proteínas de fibroína de seda tienen propiedades únicas que las hacen especialmente compatibles como material implantable.

Cuando se vuelven a ensamblar en un gel o película, se pueden ajustar para crear una estructura que dura debajo de la piel desde unas pocas semanas hasta más de un año. Cuando la seda se descompone, es compatible con el cuerpo y es poco probable que invoque una respuesta inmunológica.

El pequeño disco de un sensor de oxígeno de película de seda se ilumina de color púrpura cuando se expone a la luz ultravioleta y al oxígeno. Un detector puede determinar el nivel de oxígeno por el brillo y la duración del brillo púrpura. Lado derecho: comparación lado a lado del material del sensor de seda normal y expuesto a los rayos UV. Imagen: Thomas Falcucci/Universidad Tufts

Las sustancias en la sangre como la glucosa, el lactato, los electrolitos y el oxígeno disuelto ofrecen una ventana a la salud y el rendimiento del cuerpo. En entornos de atención de la salud, se rastrean extrayendo sangre o conectando a los pacientes a máquinas voluminosas. Ser capaz de monitorear continuamente sus niveles de forma no invasiva en cualquier entorno podría ser una gran ventaja al rastrear ciertas condiciones.

Los diabéticos, por ejemplo, tienen que extraer sangre para leer la glucosa, a menudo a diario, para decidir qué comer o cuándo tomar la medicación. Por el contrario, la visión trazada por el equipo de Tufts es hacer que el monitoreo sea mucho más fácil, literalmente arrojando luz sobre la condición de una persona.

"La seda proporciona una confluencia notable de muchas propiedades excelentes", dijo David Kaplan, profesor de ingeniería de la familia Stern en la Escuela de Ingeniería e investigador principal del estudio. "Podemos convertirlo en películas, esponjas, geles y más. No solo es biocompatible, sino que puede contener aditivos sin cambiar su química, y estos aditivos pueden tener capacidades de detección que detectan moléculas en su entorno. El sensor de oxígeno es una prueba de concepto para una gama de sensores que podríamos crear".

La química de las proteínas de la seda les facilita recoger y retener aditivos sin cambiar sus propiedades. Para crear el sensor de oxígeno, los investigadores utilizaron un aditivo llamado PdBMAP, que brilla cuando se expone a la luz de una cierta longitud de onda. Ese resplandor tiene una intensidad y duración proporcional al nivel de oxígeno en el ambiente.

El gel de seda es permeable a los fluidos que lo rodean, por lo que el PdBMAP "ve" los mismos niveles de oxígeno en la sangre circundante. PdBMAP también es útil porque brilla, o fosforece, cuando se expone a la luz que puede penetrar la piel. Es posible que otros sensores candidatos solo respondan a longitudes de onda de luz que no pueden penetrar la piel.

Los investigadores confían más en el componente de "duración" de la fosforescencia para cuantificar los niveles de oxígeno, porque la intensidad del brillo puede variar con la profundidad y el tamaño del implante, el color de la piel y otros factores. La duración del brillo disminuye a medida que aumentan los niveles de oxígeno.

En los experimentos, el sensor implantado detectó los niveles de oxígeno en modelos animales en tiempo real y rastreó con precisión los niveles altos, bajos y normales de oxígeno. La importancia de poder realizar un seguimiento de los niveles de oxígeno en los pacientes ha aumentado en la conciencia pública con la pandemia de COVID-19, en la que los pacientes tuvieron que ser admitidos para recibir tratamiento en el hospital cuando sus niveles de oxígeno llegaron a ser críticamente bajos.

"Podemos imaginar muchos escenarios en los que un sensor similar a un tatuaje debajo de la piel puede ser útil", dijo Thomas Falcucci, un estudiante graduado en el laboratorio de Kaplan que desarrolló el sensor de tatuajes. "Por lo general, eso ocurre en situaciones en las que alguien con una afección crónica necesita ser monitoreado durante un largo período de tiempo fuera de un entorno clínico tradicional. Podríamos rastrear múltiples componentes sanguíneos utilizando una matriz de sensores debajo de la piel".

Los sensores con forma de tatuaje son los últimos de una creciente cartera de productos médicos potenciales derivados de la proteína de seda en el laboratorio de Kaplan, desde implantes ortopédicos hasta andamios para crear tejido nuevo en el corazón y los huesos.

Se puede contactar a Mike Silver en [email protected].