Zhao Guangdong, profesor asistente de ingeniería mecánica, lidera un equipo de investigadores que ha desarrollado un sistema de cilios artificiales capaz de monitorear las condiciones de la mucosa en las vías respiratorias humanas para detectar infecciones, obstrucciones de las vías respiratorias o detectar mejor la gravedad de enfermedades como la fibrosis quística ( CF). , enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) y cáncer de pulmón.
La investigación fue publicada en la edición del 4 de noviembre de PNAS En el artículo “Cilios artificiales sensoriales para la monitorización in situ de las propiedades fisiológicas de las vías respiratorias”.
En su artículo, los investigadores señalaron que el monitoreo continuo de las condiciones de las vías respiratorias humanas es fundamental para una intervención oportuna, especialmente cuando se colocan stents en el tratamiento de la obstrucción de las vías respiratorias en el cáncer de pulmón y otras enfermedades. En particular, las afecciones de las mucosas ofrecen biomarcadores importantes para indicar inflamación y permeabilidad del stent, pero siguen siendo difíciles de controlar. Los métodos actuales, que se basan en imágenes de tomografía computarizada y exámenes con broncoscopio, conllevan riesgos de radiación y carecen de la capacidad de proporcionar información continua en tiempo real fuera de los hospitales.
Al imitar la capacidad de detección de los cilios biológicos, Dong y su equipo desarrollaron una nueva tecnología para detectar las condiciones del moco, incluida la viscosidad y el grosor de la capa, importantes biomarcadores de la gravedad de la enfermedad.
“El enfoque de detección de la viscosidad del moco aprovecha los campos magnéticos externos para activar un cilio artificial magnético y detectar su forma utilizando un medidor de tensión flexible”, escribieron los investigadores. “Además, informamos sobre un cilio artificial con detección de capacitancia para el espesor de la capa mucosa, que ofrece autocalibración única, sensibilidad y rango ajustables, todo en un sistema de actuación magnético portátil. Se activan mediante campos magnéticos externos generados por
Los investigadores probaron el método colocando los sensores de forma independiente o en combinación con un stent de vía aérea dentro de la tráquea artificial y la tráquea de oveja. Las señales de detección se transmiten de forma inalámbrica a un teléfono inteligente o a la nube para realizar más análisis de datos y diagnóstico de enfermedades.
“Los mecanismos y dispositivos de detección propuestos allanan el camino para la monitorización en tiempo real de las condiciones de las mucosas, la detección temprana de enfermedades y la provisión de alertas de permeabilidad del stent, permitiendo así una intervención oportuna y una atención personalizada”, según el estudio.
El trabajo se realizó en colaboración con el profesorado del Centro Médico de la Universidad de Vanderbilt, Fabián Maldonado, profesor de medicina y cirugía torácica. Caitlin Demarest, profesora asistente de cirugía torácica; y Caglar Oskay, director del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental y profesor de ingeniería Cornelius Vanderbilt. El primer autor del estudio, Yusheng Wang, es un doctorado de tercer año. Estudiante del Departamento de Ingeniería Mecánica.
A principios de este año, el Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería (NIBIB) de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) le otorgó a Dong un “Stent ciliar accionado de forma inalámbrica para el tratamiento mínimamente invasivo de la disfunción de los cilios”. avanzar el proyecto. “
El premio Trailblazer R21 apoya a investigadores nuevos y en etapa inicial que realizan programas de investigación en la interfaz de las ciencias biológicas con la ingeniería y las ciencias físicas que son de gran interés para NIBIB.
