Un avance en la monitorización médica: estabilización médica de próxima generación con biosensores portátiles basados en nanopartículas

En el contexto del envejecimiento, las enfermedades crónicas y una población en crecimiento, el sistema de salud está experimentando una transformación vital.

La atención médica se está volviendo cada vez más centrada en el individuo. Esta tendencia es impulsada por los dispositivos portátiles, que permiten la medición continua de biomarcadores críticos para diagnósticos médicos, el monitoreo de la condición enferma, la salud y el entorno circundante, y la evaluación de fluidos biológicos como el sudor, la saliva, las lágrimas y la sangre.

Estos dispositivos portátiles son dispositivos electrónicos portátiles que utilizan sensores para recopilar datos en tiempo real sobre varios parámetros fisiológicos, lo que, a su vez, permite el monitoreo continuo de los niveles de actividad y la salud.

Más importante aún, estos biosensores ayudan a las personas comunes a monitorear su propia salud desde cualquier lugar y en cualquier momento. En particular, estos dispositivos pueden ayudar a los pacientes con enfermedades crónicas a reducir el número de hospitalizaciones y ahorrar costos. En general, la gente puede gestionar mejor su vida y salud con dispositivos portátiles.

Mientras tanto, los médicos pueden detectar problemas de salud potenciales temprano, responder de inmediato y proporcionar planes de atención personalizados, mientras que los hospitales pueden ahorrar en costos de equipamiento.

Según los parámetros medidos, los biosensores portátiles pueden ser de diferentes tipos, como sensores ópticos, electroquímicos, electromecánicos, químicos y optoelectrónicos. Estos dispositivos pueden llevarse en el cuerpo humano o implantarse dentro de él para monitorear señales biológicas mediante mediciones no invasivas de marcadores bioquímicos.

En cuanto a su diseño o utilidad, los dispositivos portátiles pueden clasificarse en unas pocas formas diferentes. 

Para comenzar, los dispositivos portátiles montados en la muñeca (WWD), como su nombre indica, se llevan típicamente en la muñeca. Los relojes inteligentes o bandas de fitness son ejemplos de estos portátiles, que han evolucionado de los básicos basados en acelerómetros para ahora incluir detección biométrica utilizada como dispositivos de monitoreo humano no invasivo.

Las pulseras, en particular, están diseñadas para rastrear la salud humana y actividades de fitness. Tienen características bastante limitadas y, a veces, pueden ni siquiera tener una pantalla para notificaciones. Fitbit, Amazon (AMZN ) Halo Band y Huawei Talkband B3 son ejemplos populares.

Los relojes de muñeca o smartwatches son uno de los tipos de dispositivos portátiles más populares, que monitorean señales fisiológicas humanas específicas y la biomecánica. Utilizan sensores y baterías para recopilar información y transferirla al smartphone para análisis y legibilidad. Algunos ejemplos populares de smartwatches son el Apple Watch, Samsung Galaxy Watch y Garmin Fenix. Permiten el seguimiento de métricas como ECG, oxígeno en sangre, SpO2, estrés, sueño y frecuencia cardíaca, entre otras.

Luego, existen parches para el análisis en tiempo real de fluidos corporales como el sudor y la temperatura. Esto incluye los parches de monitoreo de glucosa Abbott FreeStyle Libre y Dexcom G7, el Gatorade Gx Sweat Patch para analizar la composición del sudor y ofrecer recomendaciones de hidratación, y TempTraq para el monitoreo continuo de la temperatura.

Además de las manos, la cabeza es otra parte del cuerpo donde se llevan estos dispositivos . Herramientas montadas en la cabeza como cascos, gafas y gorras son dispositivos visuales que ofrecen capacidades sin manos.

En cuanto a gafas inteligentes, hemos visto modelos como Ray-Ban Meta Smart Glasses, Vuzix Blade & Vuzix Shield, Rokid Max y Xreal, que ofrecen cámaras integradas, altavoces, transmisión, IA, entre otras funciones para los campos industrial, médico, informático, empresarial y de juegos.

Incluso los cascos inteligentes están ganando terreno, no solo como protección para la cabeza sino también para proporcionar servicios inteligentes al integrarse con sensores electrónicos, alertas y dispositivos de comunicación. Los cascos también se están explorando para tratar la depresión mediante la transmisión de pulsos eléctricos débiles al cerebro.

Ropa inteligente o E-Textiles son otro tipo de wearable que utiliza materiales inteligentes que responden a cambios mecánicos, térmicos y químicos. Los E-textiles también pueden percibir estímulos externos del entorno.

En el ámbito de los E-textiles, contamos con las camisetas inteligentes Hexoskin que rastrean la frecuencia cardíaca, la frecuencia respiratoria y el movimiento para atletas y uso médico. Estas prendas lavables proporcionan datos continuos de cardíaco, pulmonar, actividad, sueño, informes de electrocardiograma y ventilación respiratoria. Hexoskin ofrece ropa inteligente no invasiva y cómoda para hombres, mujeres y niños, con características adicionales antiolor y protección UV. En cuanto a la tecnología, ofrecen hasta más de 36 horas de vida de batería, más de 100 días de grabación y conectividad Bluetooth.

Además de camisetas, los calcetines, ropa de dormir, chaquetas y zapatos se están volviendo inteligentes. Así, el mundo de los dispositivos portátiles es claramente uno de rápido crecimiento, ya que la gente prioriza cada vez más su salud y bienestar. Este crecimiento se ve impulsado además por la facilidad de disponibilidad de datos en tiempo real, los avances en la tecnología de sensores y la expansión de aplicaciones sanitarias.

Nanopartículas imprimibles para biosensores portátiles

A medida que los biosensores portátiles pioneran nuevas fronteras en la medicina de precisión, investigadores de Caltech han desarrollado una técnica que permite la producción masiva de sensores de sudor portátiles de larga duración.

Con esta tecnología, que consiste en imprimir por inyección de tinta matrices de nanopartículas especiales, la investigación busca abordar los desafíos de escalabilidad de producción, inestabilidad operativa y un número limitado de objetivos detectables que están obstaculizando la adopción generalizada de biosensores portátiles e implantables.

Las nanopartículas imprimibles de núcleo‑corteza vienen con una doble funcionalidad incorporada: una capa de polímero impreso molecularmente para reconocer un objetivo específico y un núcleo de hexacianoferrato de níquel (NiHCF) para estabilizar la transducción electroquímica. 

Al utilizar una formulación optimizada de tinta de nanopartículas mediante impresión por inyección de tinta, ingenieros de Caltech demostraron la posibilidad de producir masivamente biosensores flexibles y robustos que pueden monitorear continuamente un amplio espectro de biomarcadores. Esto incluye fármacos, vitaminas, aminoácidos y metabolitos.

El equipo también demostró la efectividad de estos biomarcadores en el monitoreo metabólico portátil de creatinina, triptófano y vitamina C en individuos que padecen COVID‑19 de larga duración. 

También utilizaron con éxito las nuevas nanopartículas y validaron la utilidad de los biomarcadores en el monitoreo terapéutico de fármacos para pacientes con cáncer, así como en un modelo murino, proporcionando análisis en tiempo real de inmunosupresores como ácido micofenólico, ciclofosfamida y busulfán.

Pero esto no es todo lo que la tecnología permite.

“Existen muchas condiciones crónicas y sus biomarcadores que estos sensores ahora nos dan la posibilidad de monitorear de forma continua y no invasiva.”

– Wei Gao, autor correspondiente y profesor de ingeniería médica en el Departamento de Ingeniería Médica Andrew y Peggy Cherng en Caltech

Según el artículo publicado¹ en la revista Nature Materials que detalla la técnica, los cubos de nanopartículas se forman en una solución que incluye la molécula específica, como la vitamina C, que los investigadores desean rastrear.

La molécula objetivo queda atrapada dentro de los cubos de nanopartículas mientras los monómeros se ensamblan espontáneamente para formar un polímero. A continuación, se utiliza un solvente para eliminar las moléculas objetivo, dejando específicamente una capa de polímero impresa molecularmente.

Esta capa está salpicada de agujeros con formas que coinciden exactamente con la de la molécula objetivo, de manera similar a cómo los anticuerpos artificiales identifican selectivamente las formas de moléculas específicas.

Cabe destacar que los investigadores del nuevo estudio combinan los polímeros especialmente formados con un núcleo de nanopartículas hecho del compuesto químico NiHCF. El compuesto es conocido por sus propiedades únicas, que incluyen buena conductividad eléctrica, alta estabilidad térmica, la capacidad de sufrir reacciones redox reversibles y comportamiento magnético. Estas propiedades hacen del NiHCF un material prometedor para medios de almacenamiento magnético, catálisis y dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica como baterías, así como sensores y biosensores.

Más importante aún, el NiHCF también puede oxidarse bajo un voltaje eléctrico aplicado cuando entra en contacto con fluidos corporales como el sudor.

En este estudio, el fluido entrará en contacto con el núcleo NiHCF solo si los agujeros con forma de la molécula objetivo están desocupados, lo que generará una señal eléctrica.

Sin embargo, cuando las moléculas encuentran el polímero, se deslizan dentro de esos agujeros. Esto impide que fluidos corporales como el sudor entren en contacto con el núcleo, debilitando así la señal eléctrica. Por lo tanto, la intensidad de la señal eléctrica revela cuánta molécula objetivo, como la vitamina C, está presente. Gao explicó:

“Este núcleo es crítico. El núcleo de hexacianoferrato de níquel es altamente estable, incluso en fluidos biológicos, lo que hace que estos sensores sean ideales para mediciones a largo plazo.”

Las nanopartículas de núcleo‑corteza creadas son altamente flexibles. Se utilizan para imprimir matrices de sensores que calculan la cantidad de hormonas, aminoácidos, fármacos o metabolitos en el sudor o fluidos corporales simplemente usando múltiples “tintas” de nanopartículas en una sola matriz. 

Por ejemplo, los investigadores también imprimieron nanopartículas que se unen a la creatinina, el biomarcador de uso común, para examinar el funcionamiento de los riñones. El equipo combinó estas nanopartículas, junto con las que se unen a la vitamina C y las que se unen al triptófano, en un solo sensor, que fue luego producido en masa para estudiar a pacientes con COVID prolongado.

Los sensores portátiles basados en nanopartículas también se imprimieron para tres fármacos anticancerígenos específicos pero diferentes en sensores individuales que los investigadores pusieron a prueba en el centro de investigación y tratamiento del cáncer en la City of Hope.

Según Gao, quien también es becario Ronald y JoAnne Willens y investigador del Heritage Medical Research Institute:

“Demostrando el potencial de esta tecnología, pudimos monitorear remotamente la cantidad de fármacos contra el cáncer en el cuerpo en cualquier momento.”

Esto no solo apunta al camino para lograr la personalización de dosis para el cáncer, sino también para muchas otras condiciones, añadió.

Además de todo ello, el equipo demostró que las nanopartículas pueden incluso utilizarse para imprimir sensores implantables justo debajo de la piel con el fin de monitorear con precisión los niveles de fármacos en el cuerpo.

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Empresa líder en tecnología portátil

Ahora, echemos un vistazo al nombre más prominente en el sector de la tecnología portátil que sigue avanzando.

1. Apple

La empresa más grande del mundo por capitalización de mercado, $3.63 billones, Apple (AAPL ) tiene sus acciones cotizando actualmente a $241.53, con una caída del 3.55% en lo que va del año. Su EPS (TTM) es 6.96, y la relación P/E (TTM) es 34.69. El rendimiento de dividendos pagado por Apple es 0.41%.

Apple se unió al sector de wearables hace más de una década al lanzar el Apple Watch Series 0, el primero de la línea. Aunque el sector de los smartwatches ya estaba saturado en ese momento, Apple logró establecer su presencia a pesar de la entrada tardía. 

A lo largo de los años, Apple ha podido capturar una buena parte de este mercado, pero en los últimos años ha visto una disminución. En 2020, su cuota de mercado superó el 34%, y cayó a alrededor del 30% el año siguiente.

Según IDC, la cuota de mercado de Apple del primer al tercer trimestre de 2024 fue del 16.2% al registrar 22.5 millones de envíos, lo que disminuyó del 18.4% en el mismo período del año pasado. Con esto, Apple ahora ocupa el segundo lugar mientras Huawei supera con 23.6 millones de envíos y captura una cuota de mercado del 16.9%. Estos dos son seguidos por Xiaomi, Samsung y BBK. Así que, aunque Apple sigue manteniendo una fuerte presencia, ahora enfrenta una dura competencia.

En medio de todo esto, Apple continúa trabajando en su tecnología portátil, ampliando ahora sus ambiciones de investigación en salud para usar sus dispositivos en un estudio que monitoree los cambios en la salud de los participantes. La compañía busca aprovechar los dispositivos y apps que la gente usa a diario para evaluar las conexiones entre la salud mental y física, así como los determinantes sociales y cómo influyen en el bienestar general de una persona.

Esto es para ayudarles a identificar señales en los datos de salud de una persona para detectar potencialmente una condición de salud. El Apple Health Study estará disponible en la app Research, la cual ha ayudado al equipo a obtener “valiosos insights” para desarrollar nuevas herramientas como Walking Steadiness en iPhone y la app Vitals en Apple Watch.

El año pasado, la compañía también comenzó a explorar la idea de desarrollar nuevos dispositivos portátiles como gafas inteligentes, un anillo de fitness e incluso AirPods con cámaras.

Un anillo inteligente para llevar en el dedo fue inicialmente recomendado por el grupo de diseño hace algunos años, que tomaría funciones de seguimiento de salud del Apple Watch, pero más recientemente, los ingenieros discutieron la posibilidad de gafas inteligentes que podrían proporcionar audio, usar una cámara e IA para identificar cosas, y en última instancia servir como trampolín para la ambición de Apple de crear gafas AR verdaderas que se puedan usar todo el día.

La compañía también ha trabajado arduamente en los auriculares AirPods, el headset Vision Pro, los auriculares Beats, el altavoz HomePod y el Apple Watch para impulsar su negocio de dispositivos portátiles. 

Curiosamente, Apple ha patentado una nueva tecnología de smartwatch que podría permitir la monitorización de la presión arterial en el Apple Watch sin depender de sensores ópticos. Por ahora, el Apple Watch ofrece aplicaciones potentes como notificaciones de frecuencia cardíaca y ritmo irregular, historial de AFib, app ECG, notificaciones de baja condición física cardiovascular, nivel de oxígeno en sangre y detección de caídas para ayudar a las personas a vivir vidas saludables.

Pero esto no es todo. Los auriculares AirPods Pro 2 de Apple incluso ofrecen la funcionalidad de audífonos de venta libre. Aunque la prueba auditiva ha sido impresionantemente precisa, es adecuada para personas con pérdida auditiva leve a moderada.

Ahora, la salud financiera de la compañía — Apple recientemente informó los resultados financieros de su primer trimestre fiscal 2025, que finalizó el 28 de diciembre de 2024. En este “mejor trimestre de la historia”, Apple tuvo $124.3 mil millones en ingresos y ganancias diluidas por acción de $2.40, un aumento del 4% y 10% interanual respectivamente. 

Los ingresos incluyeron $69.14 mil millones de iPhones, $8.99 mil millones de productos Mac, $8.09 mil millones de iPads y $11.75 mil millones de otros productos, también llamados Wearables, que incluyen el Apple Watch, AirPods, Beats y ventas de Vision Pro. La categoría de wearables vio una caída del 2% interanual. 

Mientras tanto, $26.34 mil millones fueron gastados en servicios, que incluyeron suscripciones, garantías y acuerdos de licencias. En la llamada de resultados, el CEO Tim Cook declaró que la compañía tenía más de mil millones de suscripciones. Esto incluye suscripciones a servicios como Apple TV+ e iCloud y suscripciones a apps de terceros a través de la App Store.

Los fuertes márgenes operativos de la compañía también llevaron su EPS a un nuevo máximo histórico con crecimiento de dos dígitos, lo que permitió al gigante tecnológico devolver más de $30 mil millones a sus accionistas, con la junta directiva declarando un dividendo en efectivo de $0.25 por acción.

La base instalada de dispositivos activos de Apple también alcanzó un nuevo máximo en todos los productos y segmentos geográficos. Sin embargo, sus ventas de dispositivos disminuyeron un 11.1% en China. Las ventas de iPhone fueron, sin embargo, más fuertes en regiones donde Apple Intelligence está disponible, dijo Cook.

“A través del poder del silicio de Apple, estamos desbloqueando nuevas posibilidades para nuestros usuarios con Apple Intelligence, lo que hace que las apps y experiencias sean aún mejores y más personales.”

– Cook

Así que, Apple ahora está trabajando con Alibaba y Baidu para llevar funciones de IA a sus iPhones en China a mediados de este año.

Conclusión

La personalización de la atención sanitaria es el futuro de la medicina. Esto, después de todo, puede mejorar los resultados de los pacientes, reducir la carga de la enfermedad y disminuir los costos sanitarios, pero, por supuesto, implica saber exactamente lo que uno necesita y luego proporcionar la combinación adecuada de medicamentos, nutrientes y metabolitos.

Para ello, primero necesitamos una forma de medir y monitorear continuamente ciertos biomarcadores de salud, donde la tecnología portátil puede ser de gran ayuda, como ha demostrado el nuevo estudio. 

Al desarrollar nanopartículas imprimibles de núcleo‑corteza, los investigadores han dado un paso importante hacia la producción masiva de biosensores portátiles de larga duración. La versatilidad de estos sensores, desde el monitoreo de condiciones crónicas hasta la personalización de dosis de fármacos para pacientes con cáncer, abre nuevas puertas en la medicina de precisión.

Estos avances tecnológicos pueden ofrecer tanto a pacientes como a proveedores de salud información continua e individualizada y acercarnos a un futuro donde la gestión de salud personalizada y basada en datos esté integrada sin problemas en nuestra vida diaria!

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