Sentados alrededor de la mesa, los profesores afiliados a Stanford ChEM-H, uno de los institutos interdisciplinarios de la Universidad de Stanford, hablaron uno por uno, presentando ideas para la investigación colaborativa. Inspirado por un reciente enigma médico, Gilbert Chu, profesorde medicina oncología y de bioquímica en Stanford Medicine, solicitó un químico que pudiera ayudarlo a crear un sensor que pudiera medir de forma rápida, fácil y precisa los niveles de amoníaco en la sangre. Matthew Kanan, profesor asociado de química, registró una coincidencia impresionante: su estudiante graduado, Thomas Veltman, estaba trabajando en un sensor para medir el amoníaco en cualquier líquido.
en la edición de agosto de sensores ACS , Chu, Kanan, Veltman y sus colegas Natalia Gómez-Ospina y Chun Tsai han publicado el producto de su colaboración: un detector de amoníaco portátil y portátil que, como los glucómetros utilizados para medir el azúcar en la sangre, evalúa los niveles de amoníaco con un dedo opinchazo en el lóbulo de la oreja
El amoníaco es un producto natural de la digestión que generalmente es procesado en urea por el hígado y expulsado del cuerpo en la orina. Demasiado amoníaco en la sangre puede causar disfunción mental y física y es una preocupación para las personas con enfermedad hepática o genéticacondiciones que dificultan el metabolismo del amoníaco. El nuevo dispositivo podría ser especialmente beneficioso para los recién nacidos con estas enfermedades metabólicas. En esta población, el daño cerebral puede ocurrir dentro de las horas de niveles elevados de amoníaco y, para el tratamiento, algunas familias deben conducir largas distancias para obtener pruebas adecuadas.
"He hablado con familias que tienen niños con esta afección acerca de tener este tipo de dispositivo y eso los pone emocionales porque, para ellos, las consecuencias de no controlar el amoníaco con precisión y rapidez son muy graves", dijo Natalia Gómez-Ospina, profesora asistente de pediatría y coautora del artículo: "Para estas familias, podría cambiarles la vida".
El sensor se probó en muestras de sangre de pacientes propensos a niveles elevados de amoníaco, y una versión portátil del dispositivo se probó en muestras de sangre dosificadas con amoníaco. Los resultados fueron precisos en ambos casos. Ahora, los investigadores están haciendo ajustes finalesal diseño y fabricación del dispositivo, con la esperanza de prepararlo para un estudio que sería elegible para evaluación por la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos FDA.
Un misterio médico
La paciente que inspiró la propuesta de colaboración de Chu fue llevada al hospital por su esposo después de semanas de empeoramiento de la salud. Estaba delirante e incapaz de caminar. Nadie sabía qué estaba mal hasta que una prueba estándar de plasma sanguíneo reveló que tenía niveles de amoníaco muy elevados.
"Lo único en lo que podía pensar era: ¿podría haber sido mi culpa?", Dijo Chu, quien es coautor principal del artículo con Kanan. "Miré su quimioterapia, que ella había estado tomando.era una forma oral de fluorouracilo, uno de los medicamentos de quimioterapia más antiguos. Este no era un efecto secundario conocido, pero la línea de tiempo coincidía con sus síntomas ".
Siguiendo este ejemplo, Chu descubrió que, sin que ella lo supiera, la paciente tenía una anomalía anatómica y mutaciones genéticas que reducían la capacidad de su cuerpo para metabolizar el amoníaco. El medicamento de quimioterapia que tomó bloqueó la maquinaria del cuerpo para usar el amoníaco para producir ARN.El bloqueo a su vez causó que el paciente se volviera sintomático.
Una vez entendido, este era un tema fácil de abordar con tratamientos conocidos. Pero, en el camino, Chu aprendió que la prueba para medir los niveles de amoníaco era sorprendentemente ardua: la sangre tenía que extraerse de una vena y transportarse rápidamente en hielo aun laboratorio de análisis, centrifugado para separar el plasma, y luego procesado por un ensayo bioquímico. Incluso si todo sale a la perfección, los resultados tardan al menos dos horas, pero los problemas surgen con frecuencia. En el tratamiento de su paciente, las muestras de sangre que Chu tomó fueron rechazadasdos veces.
"Hablé con el laboratorio sobre sus protocolos y me di cuenta de que, si tengo este problema, tiene que haber muchos hospitales comunitarios que tengan dificultades aún mayores con estas pruebas", dijo Chu.
Un paciente en el estudio clínico de los investigadores era un recién nacido con un trastorno del metabolismo del amoníaco al que se le extrajo sangre 132 veces en 31 días, una cantidad equivalente a más de la mitad del volumen sanguíneo total promedio del recién nacido.
"La carga sobre los pacientes en nuestro estudio fue un motivador poderoso. Algunos se sometieron a varias pruebas al día durante muchos días y cada una es una extracción venosa separada", dijo Kanan. "Es mucha sangre y dolor, ysi algo sale mal con la prueba, no tiene valor "
problemas grandes y pequeños
En contraste, el dispositivo actual requiere aproximadamente una gota de sangre, menos del 1 por ciento de la sangre para la prueba estándar, y por lo tanto puede obtenerse con un dedo pequeño o un lóbulo de la oreja. El dispositivo en sí es aproximadamente del tamaño deun control remoto de televisión y, como con un glucómetro, las gotas de sangre se aplican a una tira de prueba que se inserta en un extremo. Informa el nivel de amoníaco en menos de un minuto.
Si bien el sensor dentro del dispositivo es muy similar a los sensores de amoníaco existentes, utilizados para detectar gas de amoníaco tóxico en entornos industriales, las tiras reactivas están hechas desde cero. La sangre aplicada a un pequeño orificio en un extremo de la tira se deslizaun canal microscópico y se hunde en un pozo revestido de papel en el extremo opuesto, que está recubierto con un químico económico que libera el amoníaco de la muestra. Dentro del dispositivo, este pozo se encuentra directamente debajo del sensor de amoníaco.
Al construir y probar este prototipo, Veltman diseñó y construyó las tiras a mano. Hizo muchas mejoras paso a paso, optimizando el diseño para que las tiras puedan ser producidas en masa de manera simple y económica. Por ejemplo, dos de los mayores desafíos enproduciendo las tiras estaban el pequeño volumen de muestra y la pegajosidad natural del amoníaco.
"Cuanto más reducimos el volumen de sangre, más problemas surgieron", dijo Veltman, quien es el autor principal del artículo. "Cuando tienes solo una pequeña cantidad de amoníaco, los problemas de química de la superficie se vuelven realmente importantes. Si esno está justo en cada tira, no obtendrá una lectura precisa porque el amoníaco se queda donde no debería "
Los investigadores han formado una compañía en torno a su invención con el objetivo final de lograr la aprobación de la FDA para la tecnología.
"Desde el primer día, el objetivo era un dispositivo que sería utilizado por los pacientes y sus familias para mejorar los resultados de salud", dijo Kanan. "A través de todos los desafíos, tener ese objetivo realmente ha mantenido unido el esfuerzo de colaboración".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Taylor Kubota. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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