Ingeniería que cura

Aunque actualmente los sistemas de salud de las sociedades avanzadas ya disponen de sofisticados recursos en cuanto a las tecnologías médicas, nos encontramos inmersos en un proceso de progreso constante. Si al bagaje de que se dispone en biología celular y molecular le sumamos el desarrollo de las nanotecnologías aplicadas a la medicina, podemos pensar y soñar nuevos métodos de diagnóstico más personalizados, más precisos y más precoces, así como nuevas terapias también mucho más personalizadas y a la vez regeneradoras del organismo.

Sin duda, a medida que se desarrollan áreas de investigación como los biomateriales o la ingeniería de tejidos para su aplicación en la medicina regenerativa, el espectro de posibilidades se amplía de forma inimaginable. Josep Anton Planell, director del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), impulsado por la UB, la UPC y la Generalitat de Catalunya y con sede en el Parque Científico de Barcelona, cree que "en el futuro será posible diseñar biomateriales inteligentes que, colocados en el entorno en el que se han de regenerar los tejidos dañados, sean capaces de estimular las células de forma que éstas hagan la función que nos interesa".

Pero perfeccionar el proceso requiere más conocimiento. "Estamos en la fase de comprender —subraya— qué señales bioquímicas, biofísicas o mecánicas son las que harán que las células regeneren un tejido. Es decir, para poder intervenir, antes tenemos que poder cuantificar y evaluar las señales que generan la respuesta celular y que construyen un lenguaje."

Se trata de procesos que se producen a escala molecular o de estímulos de muy baja intensidad. Sin embargo, gracias a la aportación de las nanotecnologías, se empieza a disponer de herramientas para estudiarlos. Técnicas de láser para identificar las proteínas que se expresan en la membrana de una célula; nanosensores que permiten identificar si la célula en ese momento está ganando o excretando algún ión, como potasio o calcio; biosensores para detectar marcadores de cáncer; microscopios de fuerza atómica que permiten manipular la materia en las escalas del nanómetro y del nanonewton. En definitiva, una amplia gama de sistemas diagnósticos que nos pueden ayudar a ser mucho más precisos en la detección de la fisiología y la ubicación de una determinada enfermedad.

Sistemas de monitorización

El Centro Tecnológico de Investigación para la Dependencia y la Vida Autónoma (CETpD), adscrito a la UPC y situado en Vilanova i la Geltrú, trabaja en el ámbito de la medicina y la salud desde hace ya casi nueve años. Su ámbito de investigación se centra fundamentalmente en el campo de la dependencia y en temas relacionados con los enfermos crónicos. Andreu Català, director del Grupo de Investigación en Ingeniería del Conocimiento (GREC), señala que no se trata de desarrollar tecnología sustitutoria: "No queremos sustituir a las personas, pero sí pensamos que la tecnología puede ser un complemento muy útil. Puede ser una ayuda que haga que estas personas se sientan más cómodas, más confortables, más seguras. En definitiva, se trata de desarrollar tecnología innovadora para mejorar su calidad de vida".

Desde el comienzo, una de las líneas centrales de su trabajo ha sido el análisis y la monitorización del movimiento humano. Con aplicaciones en el seguimiento y la prevención del riesgo de sufrir caídas de personas mayores o personas en proceso de rehabilitación de alguna fractura, se han desarrollado sensores inerciales que detectan las caídas y pueden caracterizar diversas tipologías de movimiento.

Actualmente el CETpD participa en dos proyectos de investigación, uno del Ministerio de Sanidad y otro europeo, sobre el Parkinson, la segunda enfermedad neurodegenerativa más importante en el mundo después del Alzheimer y que afecta a más de cuatro millones de personas. Por un lado, en el Monitoring the Mobility of Parkinson's Patients for Therapeutic Purposes (MOMOPA), cuyo objetivo es la detección y la monitorización de los diversos estadios de actividad de estos enfermos, y por otro, en el Home-Based Empowered Living for Parkinson's Disease (HELP), que tiene como finalidad el diseño de un sistema para administrar la dosis del fármaco adecuada que necesita el paciente para efectuar su actividad de la vida diaria a partir de una bomba de infusión, controlada mediante un sensor de movimiento.

Control médico en casa

Además, la monitorización o la supervisión periódica del estado de salud de las personas en cualquier entorno es una tendencia con una demanda creciente. Una de las líneas de investigación del Grupo de Instrumentación, Sensores e Interfaces del Departamento de Ingeniería Electrónica de la UPC, en Castelldefels, en este ámbito se centra en el diseño de sistemas que permitan supervisar las constantes vitales de una persona en entornos domésticos.

El investigador Óscar Casas nos recuerda que "no hace tantos años, en los hogares sólo se podía encontrar un termómetro, y con suerte una báscula. Hoy en día no es extraño que algunas personas tengan un equipo portátil para medir la presión o un dispositivo para hacer un test de nivel del azúcar en la sangre. Nuestra voluntad es que este abanico creciente de sistemas para la salud de uso fundamentalmente personal, más que hospitalario, llegue a todas partes".

Con esta idea el Grupo ha diseñado un sistema de detección simultánea de las frecuencias cardíaca y respiratoria que funciona con los sensores de fuerza, destinados a estimar el peso, incluidos en las básculas electrónicas convencionales. Esta aplicación doméstica evita los inconvenientes de hacer medidas prolongadas de estos parámetros con los sistemas actuales, como el hecho de que suelen ser molestos por el contacto directo entre el sensor y la piel y que el desplazamiento del sensor puede degradar la medida. Actualmente están trabajando en una silla que permitirá medir éstos y otros parámetros fisiológicos.

El futuro de estos sistemas, útiles para la monitorización y la supervisión de personas mayores o de personas con discapacidad, es poder crear sensores sin contacto, de forma que queden ocultos a la persona supervisada y le supongan un cambio mínimo en sus tareas diarias. Todo ello con la pretensión de actuar sólo cuando sea necesario.

Apoyo a la gestión hospitalaria

El desarrollo de tecnologías de la información y la comunicación (TIC) adaptadas al entorno hospitalario y la teleasistencia tiene grandes posibilidades de cara al futuro. Una aplicación de esta tecnología que ya está en fase de desarrollo en el Hospital de Mataró es el proyecto en el que ha participado el Grupo de Redes Inalámbricas del Departamento de Ingeniería Telemática de la UPC. Uno de sus objetivos es disminuir la probabilidad de errores en la administración de fármacos, mediante un sistema seguro de identificación de pacientes que utiliza la tecnología de radiofrecuencia, que también posibilita su localización en el centro sanitario.

El investigador Josep Paradells explica que "lo más interesante de estos sensores, que se están colocando en las habitaciones del centro y que están conectados entre sí en una red Mesh —una red inalámbrica de infraestructura—, es el hecho que se configuran solos y que colaboran entre ellos. De hecho, se trata de un sistema de comunicaciones que facilita mucho la instalación en un entorno hospitalario y que no requiere cableado adicional". Esta misma idea de red también la han aplicado la hora de desarrollar un sistema de teleasistencia para sordos, conectado a la línea telefónica.

Robótica médica

Desde el punto de vista de las aplicaciones más tecnológicas, la cirugía es un campo en el que la robótica médica tiene una incidencia cada vez más relevante. Ya han quedado atrás los tiempos en que los cirujanos operaban basándose exclusivamente en su pericia y su experiencia.

Un ejemplo de investigación orientada a resolver problemas científicos y tecnológicos en este ámbito es el estudio realizado en el Centro de Investigación en Ingeniería Biomédica (CREB) para medir los esfuerzos del húmero producidos sobre la rótula según la forma de la sutura utilizada después de la implantación de una prótesis. "Durante el proceso de rehabilitación necesario para que no se anquilose el hueso, a veces la fuerza que se ejerce sobre los puntos de sutura hace que éstos se rompan. El diseño de una prueba robótica, de un modelo anatómico que se comporta de manera idéntica en el brazo de una persona, permite aplicar una metodología repetitiva, sistematizada, y cuantificar la medida independientemente de factores externos. Con ensayos como éstos, el cirujano puede aprender cómo mejorar el procedimiento quirúrgico, es decir, en este caso saber cuál es el procedimiento de sutura más adecuado", explica la investigadora Alícia Casals, jefa del grupo de investigación en robótica del IBEC.

Esta línea de investigación se complementa con el desarrollo de herramientas de ayuda o apoyo al cirujano, con el objetivo de que éste sea más preciso, o que opere a distancia con la cooperación de un robot.