Investigadores mexicanos crean técnica indolora para medir la glucosa con láser

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El Grupo de Instrumentación y Óptica Biomédica (GIOB) del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) desarrolló una técnica—no invasiva e indolora— que emplea luz láser para detectar niveles elevados de glucosa en la sangre de pacientes propensos a padecer prediabetes o diabetes mellitus.

La investigación liderada por el doctor Jorge Castro Ramos inició en el 2012, partiendo de los principios de la óptica biomédica para estudiar técnicas que utilizan la tomografía óptica coherente, las esferas integradoras, la espectroscopía de transmitancia, la espectroscopía de reflectancia y la espectroscopía Raman, esta última para detectar niveles de glucosa en la sangre a través del análisis de la hemoglobina glucosilada.

La ventaja de estas pruebas, explica el doctor Jorge Castro, es que esta técnica no implica la molestia de extracción sanguínea, reduce el riesgo de contagio por picaduras accidentales, no tiene secuelas, además de que a gran escala los costos en análisis e insumos de laboratorio (lancetas, tiras reactivas, etcétera) se reducirían considerablemente. Asimismo, se resalta que el tiempo para obtener un resultado efectivo se reduce a un par de minutos y el condicionamiento de la no ingesta de alimentos para los análisis tradicionales en esta prueba también se elimina.

El resultado de estos trabajos se publicará en los próximos meses en un artículo que fue aceptado por la revista Journal of Biophotonics y que fue escrito por el maestro en ciencias José Fabián Villa Manríquez, estudiante de doctorado, colaborador del doctor Castro Ramos en esta investigación.

Apoyo Conacyt
“Desde hace cuatro años iniciamos trabajando con los proyectos de investigación del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), apoyados por los doctores Sergio Vázquez y Alberto Delgado. A partir de entonces decidimos enfocarnos en los problemas relacionados con la salud de la comunidad a fin de facilitar diagnósticos de diversas enfermedades como la diabetes, algunos tipos de cáncer y la bilirrubina en los bebés”, explica el doctor Castro Ramos.

El Conacyt aprobó entonces un primer proyecto, otorgando financiamiento por un millón de pesos, con el que se adquirió un tomógrafo óptico coherente; en un segundo proyecto, se otorgó un millón 200 mil pesos, recurso que se destinó a la adquisición de dos espectrómetros: uno de transmitancia y el otro de reflectancia.

Posteriormente, en un congreso de física médica conocieron al doctor Francisco Gutiérrez Delgado, director del Centro de Estudios y Prevención del Cáncer (Ceprec) en Juchitán, Oaxaca, quien se interesó de inmediato por las propuestas y técnicas a través de la luz. Fue así como la prueba con pacientes arrojó los primeros resultados de este trabajo.

Para probar la técnica de espectroscopía Raman, el maestro José Fabián Villa explica que en 2015, durante tres meses permanecieron en comunidades aledañas a Juchitán, Oaxaca, donde realizaron las pruebas y registro de sus datos a un promedio de 86 pacientes, con rangos de edad entre los 40 y 50 años, de sexo indistinto, a quienes se les tomó la muestra durante un tiempo de exposición de 25 segundos en el dedo índice, el lóbulo y la frente, zonas muy vascularizadas por la existencia de gran cantidad de vasos sanguíneos y donde justamente pasa el torrente sanguíneo para analizar su composición química.

Para tomar las muestras, los científicos se apegaron a un protocolo de ética, aprobado por el comité de la clínica con la que trabajaron, a fin de que el paciente conociera la técnica y las posibles consecuencias, brindando su consentimiento para participar en el estudio.

Glucosa en sangre
La espectroscopía Raman es una técnica que proporciona información química de cualquier sustancia, puede ser líquida, sólida o hasta gaseosa, pero en este caso se analiza la hemoglobina glucosilada. La ventaja sobre el análisis de glucosa es que la hemoglobina glucosilada no es variable sino que mantiene su valor constante, además de que permite conocer el control metabólico del azúcar en la sangre dos o tres meses precedentes para determinar el tipo de tratamiento en el paciente.

La sonda empleada emite un haz de láser o luz infrarroja de baja potencia de 30 a 50 miliwatts, basada en la norma de uso seguro de láseres (ANSI Z136.1 standard) que establece los parámetros para aplicación de este tipo de luz en tejido humano.

“Los resultados que obtuvimos con la espectroscopía Raman se corroboraron con estudios de análisis clínicos de los pacientes bajo estudio y coincidieron, así pudimos determinar si tenían o no el nivel alto de azúcar, a partir de lo que señala la Organización Mundial de la Salud (OMS) que es 6.5 por ciento de hemoglobina glucosilada, si el resultado está arriba de ese porcentaje, el paciente tiene ya un problema de diabetes, o bien si ya la tiene, denota que no le está funcionando el medicamento o que no sigue el tratamiento de manera adecuada”, explicó José Fabián Villa.

Esta medición se aplicó solo una vez por paciente y no fue necesario que la persona se presentara en ayunas, ya que los componentes sanguíneos revelan espectros que son análogos a las “huellas digitales”, por lo que la mezcla de sustancias no implica variación en los resultados, los cuales se obtienen en un par de minutos.

“El método de análisis matemático que se usó es algo que se conoce como 'proceso de aprendizaje computacional'. Lo que se hizo primero fue recabar una base de datos de pacientes con niveles de glucosa o hemoglobina glucosilada de pacientes diabéticos y no diabéticos. Fue a partir de esa base de datos, que consiste en el espectro Raman de cada uno de los pacientes participantes, que el método matemático computacional aprende de las diferencias notorias entre espectros, las cuales dependen de la edad y el color de piel y eso es lo que aprende el método matemático, aunado al número de picos de emisión y la intensidad de estos”.

Posteriormente, añadió el doctor Castro Ramos, ya que la máquina aprendió a reconocer estos parámetros se introduce un nuevo espectro de un paciente equis, y el método matemático determina hacia dónde se debe direccionar el espectro, hacia los pacientes sanos o con los de hemoglobina alta, dependiendo de la similitud con las características de la base de entrenamiento, lo que determina la distinción de nuevos espectros.

Proteínas y carbohidratos
Con las primeras pruebas se determinó si el paciente padece o no diabetes por el nivel de hemoglobina glucosilada, pero esa es solo la primera parte de este proyecto. Al respecto, el doctor Castro Ramos adelantó que la segunda etapa consiste en trabajar para que la prueba pueda determinar los niveles de hemoglobina en el paciente, y así obtener resultados semejantes a los que arrojan los análisis clínicos.

“La idea es analizar la cantidad de glucosa, de fructosa, sacarosa y la hemoglobina glucosilada, todo esto caracterizando diferentes niveles de concentración para contar con una base de datos como la que se elaboró en el primer proyecto, pero ahora con diferentes niveles de glucosa y hemoglobina glucosilada”.

Para lograr este objetivo, las muestras en pacientes se incrementarán ya que el equipo del doctor Castro Ramos se encuentra en colaboración con personal de otros nosocomios, como la Clínica 2 del IMSS y la Unidad Regional número 36 del IMSS en Puebla, además del Hospital de la Mujer en Tuxtla Gutiérrez para que sus pacientes puedan contribuir a las pruebas.

Otras técnicas a base de la luz
Detección de cáncer de próstata, detección de cáncer de piel o de seno a través de imágenes termográficas, cuyos resultados han sido respaldados por análisis de biopsia, son algunos de los padecimientos que también están siendo detectados con el uso de luz en el Laboratorio de Instrumentación y Óptica Biomédica.

También se pueden estudiar los huesos y observar su densidad, esto gracias a la luz que penetra en el órgano o sustancia, la cual interactúa con todas las células, moléculas y componentes del tejido humano, incluyendo la sangre y el hueso.

Contacto:
Dr. Jorge Castro Ramos

+52 (222) 266 3100 ext. 8212

Fuente: Agencia Informativa Conacyt / Dalia Patiño González

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