Una sencilla herramienta de diagnóstico para los trastornos gastrointestinales | Noticias del MIT



A medida que la comida se mueve a través del tracto digestivo, la contracción de los músculos a lo largo del tubo ayuda a que todo funcione sin problemas. La pérdida de esta motilidad puede provocar reflujo ácido, la incapacidad de los alimentos para salir del estómago o estreñimiento.

Los trastornos de la motilidad generalmente se diagnostican con un catéter que contiene transductores de presión, que pueden detectar contracciones del tracto gastrointestinal. Los investigadores del MIT ahora han diseñado un nuevo dispositivo que puede ofrecer una alternativa más barata y fácil de fabricar a los diagnósticos existentes para la dismotilidad gastrointestinal, inspirado en el diseño de una antigua tecnología inca, el quipu, un conjunto de nudos de cuerdas que se utilizan para comunicar información.

En pruebas con animales, los investigadores del MIT y colaboradores del Brigham and Women’s Hospital demostraron que su dispositivo simple, un tubo de silicona lleno de metal líquido y atado repetidamente, produce mediciones similares a las generadas por la técnica de diagnóstico avanzado. , conocida como manometría de alta resolución.

«Es una configuración muy simple y económica, pero podemos realizar una medición que normalmente requeriría dispositivos que cuestan miles de dólares y un instrumento mucho más complicado», dice Giovanni Traverso, quien es el Profesor Asistente de Desarrollo Profesional Karl van Tassel. en Ingeniería Mecánica en MIT, gastroenterólogo en Brigham and Women’s Hospital y autor principal del estudio.

Los investigadores del MIT Kewang Nan y Sahab Babaee son los autores principales del estudio, que aparece hoy en Naturaleza Ingeniería Biomédica.

Diagnosticar dismotilidad

Las contracciones en el tracto gastrointestinal son esenciales para mover los alimentos a través del tracto, y las interrupciones en estas contracciones en cualquier momento pueden provocar problemas de salud. El diagnóstico de manometría de referencia se puede utilizar para medir si los músculos del tracto gastrointestinal están funcionando correctamente para generar estas ondas.

“La manometría de alta resolución puede medir la presión y la velocidad con la que viajan las ondas contráctiles, pero estos sistemas son bastante caros, del orden de decenas de miles de dólares, y requieren mantenimiento y esterilización entre pacientes”, explica Traverso.

Traverso (quien creció en Perú) y Nan creían que la tecnología inca quipu podría guiar el diseño de un diagnóstico más simple. Antes de que se desarrollara la escritura, los incas y otras antiguas civilizaciones andinas utilizaban quipu, hechos de cuerdas de colores atadas de diferentes maneras, para registrar información y enviar mensajes.

“Nuestro objetivo era crear un dispositivo comparable a los transductores de presión basados ​​en catéter disponibles comercialmente, pero al mismo tiempo reducir los costos y facilitar la producción y el despliegue”, dice Nan.

Los investigadores comenzaron con un catéter de silicona simple, que llenaron con eutéctico de galio-indio, un metal líquido no tóxico en pequeñas cantidades, y lo sellaron en ambos extremos. En un estado desatado, este tubo puede reaccionar a los cambios de presión pero no es lo suficientemente sensible para detectar cambios de presión en el tracto gastrointestinal.

Sin embargo, cuando introdujeron nodos a intervalos a lo largo del tubo, los investigadores encontraron que el catéter se volvió mucho más sensible a los cambios de presión y podía detectar presiones de hasta unos 200 milímetros de mercurio, que corresponde a la presión más alta observada en el tracto digestivo humano. .

Esta mayor sensibilidad se debe al hecho de que los nodos alargan la sección transversal del tubo, lo que facilita su compresión, como demostraron los investigadores utilizando modelos numéricos. Además, cuando se anuda el tubo, se apilan tres o cuatro secciones del tubo una encima de la otra, lo que mejora aún más su sensibilidad a los cambios de presión.

Los investigadores también demostraron que la sensibilidad a la presión puede variar según el tipo de nudo y el grado de tensión. Para su uso en el tracto digestivo, los investigadores usaron nodos separados aproximadamente 1 centímetro, para coincidir con el espacio de los transductores de presión en un manómetro, pero podrían estar más cerca para otras aplicaciones, dijeron los investigadores.

En pruebas en modelos animales, los investigadores utilizaron el sensor inspirado en quipu para medir la presión en el esófago cuando se tragaba la comida. También midieron un reflejo conocido como reflejo inhibidor rectoanal (RAIR). Para ambas pruebas, los nuevos dispositivos generaron lecturas de presión similares a la técnica de manometría de referencia.

Alternativa más fácil

Los investigadores también demostraron que los dispositivos pueden soportar altas temperaturas y pueden procesarse en un autoclave, un dispositivo médico común que se usa para esterilizar objetos con calor y presión. Esto les da una ventaja sobre los catéteres de manometría existentes, que no pueden entrar en un autoclave y deben desinfectarse químicamente. Además, los dispositivos son tan económicos de fabricar que podrían desecharse después de cada uso si no se dispone de autoclaves.

«Son súper rápidos de construir y súper baratos», dice Nan. «Otra motivación para hacer medidores GI desechables y económicos es promover el diagnóstico descentralizado. Aquí, ser económico facilita la accesibilidad al reducir los costos, y ser desechable contribuye más a la aceptación pública al eliminar los costos de mantenimiento y reducir las complicaciones durante el uso.

Los sensores inspirados en Quipu podrían ser útiles en lugares donde no hay acceso a la tecnología de manometría actual, pero también en áreas más industrializadas como una alternativa a la manometría más económica y fácil de usar.

“Creo que este tipo de diagnóstico podría aplicarse ampliamente tanto en países en desarrollo como desarrollados”, dice Traverso. «El siguiente paso es identificar socios potenciales que nos ayuden a fabricarlos y luego probarlos en pacientes».

Otros autores del artículo incluyen a Walter Chan, director del Centro para la Motilidad Gastrointestinal del Brigham and Women’s Hospital; Johannes Kuosmanen, asociado técnico del MIT; Vivian Feig, postdoctorado en MIT y Brigham and Women’s; Yiyue Luo, estudiante de posgrado del MIT; Shriya Srinivasan, postdoctorado en MIT y Brigham and Women’s; Christina Patterson, estudiante de pregrado del MIT; y Ahmad Mujtaba Jebran, asociado técnico en MIT y Brigham and Women’s.

La investigación fue financiada por el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT.

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