Crean un innovador dispositivo para tratar la sepsis

El dispositivo, llamado biospleen, superó las expectativas del equipo con su capacidad para limpiar la sangre humana cuando se probó en el laboratorio.

Un nuevo dispositivo inspirado en el bazo humano y desarrollado por un equipo del Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada Biológicamente de la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, puede transformar radicalmente la forma en la que los médicos tratan la sepsis, una afección potencialmente mortal en la cual las bacterias o los hongos se multiplican en la sangre de un paciente, a menudo demasiado rápido para que los antibióticos puedan actuar.

«Incluso con los mejores tratamientos actuales, los pacientes con sepsis están muriendo en las unidades de cuidados intensivos, al menos, el 30 por ciento de las veces», lamenta Mike Super, científico en el Instituto Wyss, quien señala la necesidad de un nuevo enfoque. La sepsis mata al menos a ocho millones de personas en todo el mundo cada año y es la principal causa de muertes en el hospital.

El dispositivo, llamado un «biospleen», superó las expectativas del equipo con su capacidad para limpiar la sangre humana cuando se probó en el laboratorio y aumentar la supervivencia en animales con sangre infectada, como se detalla en la revista ‘Nature Medicine’. En cuestión de horas, puede filtrar los patógenos vivos y muertos de la sangre, así como toxinas peligrosas que se liberan de los patógenos.

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La sepsis ocurre cuando el sistema inmunológico del paciente reacciona de forma exagerada a una infección del torrente sanguíneo, lo que provoca una reacción en cadena que puede causar inflamación, coagulación de la sangre, daño de órganos y la muerte. Puede surgir de una variedad de infecciones, incluyendo apendicitis, infecciones del tracto urinario, de la piel o infecciones pulmonares, así como vías intravenosas, sitios quirúrgicos y catéteres contaminados.

La identificación del patógeno específico, responsable de la sepsis puede llevar varios días y, en la mayoría de los pacientes, el agente causante nunca se identifica. Si los médicos no pueden determinar qué tipo de bacteria u hongo está causando la infección, tratan a los pacientes con sepsis con antibióticos de amplio espectro, pero estos suelen fracasar en muchos casos y pueden tener efectos secundarios devastadores.

El reto del tratamiento de la sepsis sigue haciéndose más complejo conforme la prevalencia de las bacterias resistentes a los medicamentos aumenta y el desarrollo de nuevos antibióticos se retrasa. «Esto está preparando el escenario para una tormenta perfecta», destaca Super, que formó parte de un equipo liderado por el director fundador del Instituto Wyss, Don Ingber, en el que también estaban Joo Kang, del Instituto Wyss de Desarrollo de Tecnologías y colegas del Hospital Infantil de Boston, la Escuela de Medicina de Harvard y el Hospital General de Massachusetts.

Kang, quien también es investigador asociado de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS, por sus siglas en inglés) y del Programa de Biología Vascular del Hospital de Niños de Boston, forma parte del equipo que construyó un dispositivo de fluido que funciona fuera del cuerpo como una máquina de diálisis y elimina los microbios vivos y muertos de todas las variedades, así como toxinas. Los autores lo modelaron según la microarquitectura del bazo humano, un órgano que elimina los agentes patógenos y las células muertas de la sangre a través de una serie de pequeños canales entrelazados de sangre.

El biospleen es un dispositivo de microfluidos que consta de dos canales huecos adyacentes que están conectados entre sí por una serie de hendiduras: un canal contiene el flujo de la sangre y el otro tiene una solución salina que recoge y elimina los patógenos que viajan a través de las rendijas. La clave del éxito del dispositivo son diminutas perlas magnéticas de tamaño nanométrico que están recubiertas con una versión genéticamente modificada de una proteína natural del sistema inmune llamada lectina de unión a manosa (MBL, por sus siglas en inglés).

En su estado innato, MBL tiene una «cabeza» similar a una rama y una «cola» como un palo. En el cuerpo, la cabeza se une a azúcares específicos sobre las superficies de todo tipo de bacterias, hongos, virus, protozoos y toxinas, y la cola entra en el sistema inmune para destruirlos. Sin embargo, a veces otras proteínas del sistema inmune se unen a la cola de MBL y activan la coagulación y el daño al órgano.

Entonces, el equipo unió las proteínas híbridas a perlas magnéticas de 128 nanómetros de diámetro para crear nuevas cuentas que podrían añadirse a la sangre de un paciente infectado para unirse a los agentes patógenos y las toxinas sin tener que primero que identificar el tipo de agente infeccioso. El dispositivo contra la sepsis posee un imán que atrae las perlas magnéticas recubiertas de patógenos a través de los canales para limpiar la sangre que fluye a través del dispositivo, que se devuelve a continuación al paciente.

MÁS DEL 90 POR CIENTO DE LOS PATÓGENOS, ELIMINADOS

El equipo probó por primera vez su sistema de limpieza de sangre usando en el laboratorio sangre humana contaminada con patógenos, de forma que lograron filtrar la sangre mucho más rápido que nunca y los imanes sacaron eficientemente las perlas revestidas con los patógenos fuera de la sangre. De hecho, más del 90 por ciento de los patógenos fueron eliminados cuando la sangre fluyó por el dispositivo a un ritmo de alrededor de una media de un litro por hora.

También aplicaron el dispositivo en ratas que fueron infectadas con toxinas de ‘E. Coli’ y ‘S. Aureus’, imitando muchas de las infecciones del torrente sanguíneo que los pacientes con sepsis humanos experimentan. De forma muy similar a las pruebas de sangre humana, tras sólo cinco horas de filtrado, aproximadamente el 90 por ciento de las bacterias y la toxina fueron retirados de la circulación sanguínea de las ratas.

«No tenemos que matar a los patógenos, los capturamos y los eliminamos», destaca Super, quien añade que el 90 por ciento de los animales tratados sobrevivieron, en comparación al 14 por ciento de los controles, y, por supuesto, gracias a MBL modificado por el equipo, el sistema inmunológico no reaccionó de manera exagerada.

 

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