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News Release

Ingeniería biomédica, tecnología que hace avanzar la medicina

22 November 2012 Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)

Sistemas para mejorar la rehabilitación de los pacientes, métodos que ayudan a detectar enfermedades o biomateriales inteligentes para optimizar tratamientos terapéuticos. Los adelantos científicos en el ámbito de la ingeniería biomédica son imparables. Varios equipos líderes de la UPC investigan para mejorar la salud de las personas a través de la tecnología.

El Parkinson es la segunda enfermedad neurodegenerativa en cuanto a número de pacientes después de Alzheimer. Optimizar el tratamiento y la rehabilitación de las personas afectadas por esta enfermedad y mejorar su calidad de vida es lo que se plantean los investigadores Joan Cabestany y Andreu Català, del Centro Tecnológico de Investigación para la Dependencia y la Vida Autónoma (CETpD) de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC).

Ambos ingenieros lideran el proyecto europeo Rempark (Personal Health Device for the Remote and Autonomous Management of Parkinson’s Disease), que tiene un presupuesto de 4,73 millones de euros. El hito es crear un sistema pionero de monitorización portátil para determinar y cuantificar con una gran fiabilidad y en tiempo real el estado motriz de las personas que tienen la enfermedad de Parkinson durante su vida cotidiana. El sistema actuará automáticamente, pero con supervisión médica, ante los trastornos que más incapacitan este tipo de pacientes de la manera menos invasiva y efectiva posible. Esta es una iniciativa ambiciosa que coordina la UPC y en la cual toman parte el Centro Médico Teknon, Telefónica I+D, la Asociación Europea de la Enfermedad de Parkinson y otros centros de investigación y empresas de Alemania, Portugal, Italia, Israel, Irlanda, Suecia y Bélgica.


El sistema que se desarrolla consta de un brazalete para medir el temblor del paciente, a través de un sensor. El otro elemento es un dispositivo inteligente de la medida de un teléfono móvil, que va atado a la cintura con un cinturón de material biocompatible. Equipado también con sensores, este sistema tiene capacidad para procesar y transmitir inalámbricas toda la información medida y tratada.

Cuando la persona sufra un episodio de bloqueo de la marcha, el sistema Rempark actuará para sincronizar sus movimientos. Esto será posible mediante unos estimuladores sensoriales, auditivos, visuales o táctiles, una bomba de inyección subcutánea regulable que inoculará la medicación y un sistema de estimulación eléctrica (FES). “Se podrá cuantificar los efectos de un fármaco en el paciente y regular la dosis”, explica Joan Cabestany, que pone el énfasis en el hecho que “se ha ideado un sistema que sea personalizado y que se adapte a las necesidades de cada persona”.

Por primera vez en Europa, Rempark se ensayará en un centenar de pacientes desde su casa. “Pretendemos que, mediante la tecnología, las personas afectadas puedan restablecer la confianza que van perdiendo debido a la enfermedad”, apunta Andreu Català. El proyecto “permitirá reducir el número de hospitalizaciones y mejorar el tratamiento y la rehabilitación de los pacientes”, destaca el investigador, que trabaja desde el Campus de Vilanova i la Geltrú.

Células sin estrés

Si este es un proyecto con el horizonte fijado al 2015, hay otros que ya están a punto para entrar en el mercado, cosa que quedó patente, el mes de junio pasado, en la BIO International Convention de Boston (Massachusetts, Estados Unidos), la feria más importante del mundo del sector biotecnológico,  y recientemente en el Forum Medica 2012, celebrado la semana pasada en Düsseldorf (Alemania).

En ambos encuentros la UPC presentó numerosas patentes, entre las cuales había un método automático, más eficiente y económico que los que existen para introducir sustancias, como por ejemplo fármacos, o bien ADN en las células (transfección). Es lo que se denomina electroporación in vitro.

La técnica, que se hace manualmente, se utiliza habitualmente en la terapia génica, las terapias basadas en células y el tratamiento de tumores, como por ejemplo la electroquimioterapia. Las células se desenganchan del fondo de las placas donde crecen y se ponen en suspensión, es decir, en una mezcla. Después, se colocan en una cubeta especial que tiene unos electrodos de aluminio en los lados. Esta cubeta se instala en un aparato (electroporador), el cual crea un campo eléctrico muy elevado a través de las células que hace que se abran poros a las membranas celulares y se pueda introducir la sustancia.

Con el nuevo sistema se simplifica y se automatiza el proceso. Se hace entrar un conjunto de microelectrodos directamente en la placa de crecimiento y se sitúa a una distancia de 10 ìm (milésimas de milímetro) de las células. Entonces, se aplica un campo eléctrico de 20 V (en el proceso habitual es de 500 V), de forma que se consigue reducir el coste de los aparatos con que se hacen este tipo de procesos biotecnológicos y disminuir el estrés al cual se somete a las células. El bajo coste de los microelectrodos también permite que los aparatos o electroporadores sean desechables. Esta patente la han desarrollado el investigador Ramon Bragós y el doctorando Tomàs Garcia, vinculados al Centro de Investigación en Ingeniería Biomédica (CREB), con un equipo de la Universitat de Barcelona (UB).

Dispositivos médicos para el diagnóstico

Otro campo en que la UPC evidencia adelantos importantes es lo de los dispositivos médicos y la diagnosis por la imagen. El Instituto de Organización y Control de Sistemas Industriales (IOC) de la UPC y el Grupo de Investigación Pneumológica del Instituto de Investigación Biomédica del Hospital de Bellvitge han creado un sistema que mejora el diagnóstico del cáncer de pulmón a partir de la broncoscopia virtual. Esta tecnología permite a los médicos decidir con más seguridad si la broncoscopia real es necesaria o no, de forma que se evitan riesgos y molestias al paciente.

El sistema se basa en las imágenes que proporciona una broncoscopia virtual a partir de imágenes 2D de tomografía computada. La novedad es que, a diferencia de los equipos actuales, tiene en cuenta la geometría y las restricciones cinemáticas del broncoscopio.

El dispositivo está ideado para que el especialista en neumología navegue virtualmente por las vías respiratorias del paciente y simule los movimientos que realizaría posteriormente con un broncoscopio flexible. Es, por lo tanto, una herramienta útil para “planificar de forma muy realista la ruta más factible para acceder desde la tráquea a la zona lisiada del pulmón más periférica”, explica Jan Rosell, el investigador que, junto con Paolo Cabras y Alexander Pérez, también del IOC, ha llevado a cabo el proyecto. “También permite determinar si el extremo del broncoscopio llegará hasta la lesión y, en caso contrario, a qué distancia quedará y qué técnica se tendrá que emplear para obtener la muestra para hacer la biopsia”, concluye Rosell.

A los progresos en el ámbito de la diagnosis por la imagen, la biología molecular y la telemedicina, se añade la innovación en otra área de interés, la de la metabolómica, que estudia el metabolismo. Es en este campo que otro equipo del CREB ha patentado una herramienta informática innovadora. Se trata de un software avanzado, basado en un nuevo algoritmo, que ayuda a hacer predicciones más cuidadosas y automáticas en la diagnosis de enfermedades o en el análisis de fármacos.

La herramienta, desarrollada por Àlex Perera y Francesc Fernández, junto con investigadores del Departamento de Nutrición y Bromatología de la UB, mejora la detección de biomarcadores, es decir, los marcadores biológicos que se usan para detectar patologías.

Otro de las ventajas que ofrece es que hace disminuir el error de predicción de análisis o tests metabolómicos (en que se estudian las pequeñas moléculas orgánicas de los sistemas biológicos). Estos análisis se basan en muestras biológicas de orina o de sangre y en técnicas de resonancia magnética nuclear (NMR) y espectroscopia de masas (LC/MS). Hacer predicciones en este campo es complejo, porque requiere analizar numerosos datos que se obtienen de muestras individuales, pero tiene una gran trascendencia para evaluar, por ejemplo, la efectividad de nuevos fármacos.

Nuevo test de la tuberculosis

La tuberculosis, a pesar de que es una de las enfermedades que causa más morbilidad y mortalidad a escala mundial, presenta todavía numerosas incógnitas y muchos retos científicos. Daniel López Codina y Clara Prats, del grupo de Modelización y Simulación Discreta de Sistemas Biológicos de la UPC, han investigado en este campo, junto con la Unidad de Tuberculosis Experimental de la Fundación Instituto de Investigación en Ciencias de la Salud Germans Trias i Pujol.

Ambos equipos han patentado un nuevo método fácil, rápido y fiable para determinar la virulencia —o la capacidad de producir la enfermedad— del bacilo de Koch. El descubrimiento permite que el especialista pueda realizar un diagnóstico más preciso.

El equipo de López Codina ha observado el bacilo de la tuberculosis (Mycobacterium tuberculosis) a partir de un cultivo in vitro y la manera como crece formando agrupaciones.

Dado que la utilización de las técnicas habituales que se usan en el ámbito de la microbiología es difícil en un cultivo de este tipo, han usado una alternativa: la microscopia y el análisis a través del tratamiento de imágenes. “Es la primera vez que, mediante un cultivo, se constatan dos tipos de cepas de este parásito y la existencia de una correlación entre el patrón característico de agrupación y la virulencia de la enfermedad”, afirma el investigador.
El resultado representa, a partir de ahora, una nueva oportunidad de negocio para las empresas dedicadas a la imagen biomédica y a las pruebas de diagnóstico.

Proyectos como estos son sólo una muestra de un futuro imparable que se divisa para la ingeniería y la medicina, cuando se trata de encontrar soluciones para mejorar la calidad de vida de las personas.

Attached files

  • Foto 1. Imagen de una broncoscopia virtual, fruto del sistema de guiado creado por el IOC que permite a los médicos navegar virtualmente por las vías respiratorias y predecir el cáncer de pulmón.


  • Foto 2. El equipo del CETpD que ha trabajado en en el proyecto Rempark: de izquierda a derecha, Jaume Romagosa, Joan Cabestany, Andreu Català, Carlos Pérez y Judith Casacuberta.


  • Foto 3. Jan Rosell, de la IOC, creador de la herramienta que permite realizar una broncoscopia virtual para ayudar a diagnosticar el cáncer de pulmón.


  • Foto 4. De izquierda a derecha, Tomàs Garcia y Ramon Bragós, del Departamento de Ingeniería Electrónica y del Centro de Investigación en Ingeniería Biomédica (CREB), que han creado un nuevo método para introducir material genético en cultivos celulares.


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