El monitoreo permanente de la presión intracraneal (PIC) es una necesidad médica en el tratamiento de pacientes con problemas neurológicos graves, aquellos que requieren cuidados intensivos o quienes han debido someterse a una neurocirugía. Se trata de personas víctimas de hidrocefalia, traumatismo craneoencefálico, accidente cerebrovascular (ACV) o tumores cerebrales. Una investigación en curso en la Universidade Positivo, en la ciudad de Curitiba, capital estado brasileño de Paraná, pretende poner a disposición el primer sensor invasivo fabricado en el mundo capaz de generar información de la PIC en tiempo real y transmitirla a través de una conexión a internet vía wifi a los teléfonos inteligentes y computadoras del equipo médico.
“La propuesta consiste en incorporar los beneficios de la conectividad al día a día de los neurólogos. El dispositivo que hemos diseñado aportará agilidad en la obtención de información crítica y proporcionará mayor seguridad y comodidad a los pacientes”, dice el neurocirujano oncológico Erasmo Barros da Silva Junior, ideador del estudio que se desarrolla en el marco del Programa de Posgrado en Biotecnología Industrial (PPGBiotec) de Positivo. La iniciativa cuenta con la colaboración del Instituto de Neurologia de Curitiba y de las empresas paranaenses Orakolo Tecnologia y BMR Medical.
Aunque ya existen sensores no invasivos que registran la PIC a través de indicadores indirectos (véase el apartado), los sensores invasivos, implantados directamente en el cerebro, son los únicos que miden directamente la presión intracraneal calibrada en milímetros de mercurio (mmHg), la unidad de medida de la presión. Se considera que un paciente se encuentra en condiciones normales cuando la PIC se sitúa en un rango entre 5 y 15 mmHg. Los registros superiores a 20 mmHg requieren atención.
“En circunstancias de alto riesgo, especialmente en los pacientes sometidos a neurocirugías, el sensor invasivo es insustituible”, reconoce el neurólogo Fabiano Moulin, docente y médico de urgencias y de la Unidad de Terapia Intensiva (UTI) de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp), quien estudia los métodos no invasivos.
La monitorización de la PIC considerada como modelo de referencia por la comunidad médica, se realiza mediante la implantación de un pequeño sensor en los ventrículos cerebrales, cavidades internas del órgano, o en la corteza cerebral, la capa externa. El dispositivo se conecta mediante cables a un aparato situado cerca de la cama en donde se toma la lectura de la presión. “Los cables constituyen una molestia para el paciente y una fuente de inseguridad. Un movimiento brusco puede desconectarlos del monitor. Otra desventaja reside que los cables pueden ser portadores de bacterias llegando a generar infecciones”, detalla Barros.
Gustavo Benke / Revista Pesquisa FAPESPPrototipo del sensor de Curitiba: la caja negra contiene el circuito electrónico, el sistema wifi y la batería; el tubo con el catéter recoge los datos de la PIC. El cable blanco pertenece al sensor convencional utilizado para realizar la medición comparativaGustavo Benke / Revista Pesquisa FAPESP
El sensor en desarrollo en la Universidade Positivo no se ve afectado por los movimientos ni por la posición del paciente, ya que no estará conectado por cables a un monitor. Los datos recabados se transmitirán vía wifi a un servidor en la nube al que podrá accederse mediante una aplicación de un teléfono inteligente o una computadora.
La primera versión del dispositivo implantable constaba de dos componentes: un tubo con un catéter para la captación de datos de la PIC, que mide 35 mm de largo por 3,5 mm de diámetro, y una pieza cuadrada que contiene el circuito electrónico responsable de la comunicación vía wifi. Esta última, de 34 mm de lado por 15 mm de grosor, contenía el chipset (el conjunto de chips), la placa madre y la batería recargable de polímero de iones de litio.
El sensor invasivo está siendo elaborado con fibra óptica, lo que supone una gran ventaja en comparación con los sensores electromecánicos tradicionales existentes en el mercado. Como la fibra óptica es inmune a las interferencias electromagnéticas, el aparato no necesita ser extraído y reimplantado para la realización de exámenes de resonancia magnética, habituales en los pacientes con problemas neurológicos graves.
Validación en cerdos
Los estudios para el desarrollo del sensor y la transmisión de datos se encuentran en fase de validación preclínica, con ensayos en animales. En la primera etapa de la investigación, que concluyó a principios de año, se les implantó el dispositivo a cerdos durante 120 minutos y los indicadores de la presión intracraneal registrados se compararon con los obtenidos mediante un equipo estándar, conectado por cables a los mismos animales. Los resultados de la comparación entre los sensores, considerados compatibles, se publicaron en un artículo científico en la edición de marzo de la revista Neurosurgery.
En una segunda etapa de los estudios preclínicos, de momento sin fecha de inicio, se prevé su implantación en un animal vivo por un período de 7 a 10 días, tiempo necesario como para constatar la eficacia de la monitorización prolongada. Normalmente, el seguimiento de los pacientes neurológicos graves mediante sensores invasivos se realiza durante unos pocos días, como máximo dos semanas.
El paso siguiente de la investigación es la evaluación en humanos. Si todo sale bien, Barros espera que el sensor wifi sea una realidad en el mercado en un lapso de cinco años. Antes, deberá ser aprobado por la Agencia Nacional de Vigilancia Sanitaria (Anvisa).
Otros dos modelos se sensores de presión intracraneal inalámbricos ya se encuentran disponibles en el mercado global. Uno de ellos ha sido desarrollado por la empresa alemana Raumedic AG y el otro por la estadounidense Branchpoint Technologies. Sin embargo, los dispositivos actuales no cuentan con conexión wifi y utilizan un aparato específico que hay que aproximar a la cabeza del paciente para obtener los datos que capta el sensor implantado. El costo de estos dispositivos, según el estudio de Barros, se ubica entre los 12.000 y los 15.000 dólares.
El dispositivo en desarrollo en Positivo será sometido a una revisión de diseño para su miniaturización. Es por ello que su costo de producción todavía no ha sido establecido. Según el médico Marcelo de Paula Loureiro, especialista en cirugía digestiva, docente del PPGBiotec y director del doctorado de Barros, la propuesta de trabajo del equipo de investigadores de la Universidade Positivo estipula que el sensor wifi tenga un precio final que le permita competir con los sensores conectados por cables. Cada unidad descartable de esos modelos cuesta entre 1.000 y 5.000 reales.
Loureiro considera que la investigación para el desarrollo de los sensores de fibra óptica destinados a medir la presión, conectados vía wifi a teléfonos inteligentes y computadoras, no solo supondrá un beneficio para el área de la neurología. “El mismo concepto podría utilizarse a los efectos de desarrollar sensores que puedan utilizarse para medir la presión torácica, abdominal, vesical y ocular”, ilustra.
El neurocirujano André Giacomelli Leal, presidente electo de la Academia Brasileña de Neurocirugía (ABNc), considera que la posibilidad de obtener información de pacientes neurológicos en tiempo real sin tener que desplazarse hasta la UTI beneficiará enormemente la labor de los médicos. “Si todo sale como se espera, ganaremos tiempo y así, podremos ser más proactivos. El uso de la tecnología proporcionará mayor seguridad a la atención de los pacientes graves”, comenta.
Una empresa brasileña desarrolló el primer sensor no invasivo
Fue presentado en 2019 y estaría llegando al mercado internacional antes de fin de añoEl primer sensor no invasivo para el monitoreo de las variaciones de presión (PIC) y la distensibilidad intracraneal (ICC, en inglés) fue desarrollado por la empresa brasileña brain4care con el apoyo de la FAPESP. El dispositivo salió al mercado nacional en 2019 (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 280) y es utilizado en comodato más de 50 hospitales y clínicas a un costo mensual de hasta 5.500 reales por unidad.
En Estados Unidos, el uso comercial de la tecnología de brain4care fue autorizado en 2021 por la Food and Drug Administration (FDA), la agencia federal estadounidense de fármacos y alimentos. Los directores de la empresa esperan poder lanzar este aparato al mercado antes del final de 2023. La FDA autorizó el uso del dispositivo con restricciones. No puede utilizarse en menores de 18 años, personas con defectos en el cráneo o pacientes que hayan sido sometidos a una intervención quirúrgica que incluya la extirpación de una porción ósea del cráneo (craniectomía descompresiva o craneotomía).
El sensor, un dispositivo vestible que se coloca en la cabeza del paciente con una banda de fijación, se conecta vía internet a una plataforma analítica que genera datos disponibles en tiempo real en tabletas o teléfonos móviles. Como el aparato no recoge datos numéricos de la presión registrados en milímetros de mercurio, no sustituye a los sensores invasivos. “Nuestro sensor realiza un monitoreo indirecto, mediante el registro de pequeñas alteraciones de orden nanométrico en la deformación del cráneo”, explica el ingeniero de control y automatización Rodrigo Andrade, cofundador y director de investigación y desarrollo de la empresa.
Léo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESP El dispositivo de brain4care ya se encuentra en uso en más de 50 hospitales del paísLéo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESP
El método de monitoreo no invasivo de la PIC se diseñó a partir de los estudios que llevó a cabo el físico y químico Sérgio Mascarenhas de Oliveira (1928-2021), docente del Instituto de Física de São Carlos de la Universidad de São Paulo (IFSC-USP), uno de los fundadores de brain4care. Mascarenhas cuestionó lo que hasta entonces se consideraba una certeza médica, la doctrina Monro-Kellie, consagrada en la década de 1820 por los cirujanos escoceses Alexander Monro Secundus (1733-1817) y George Kellie (1770-1829). Ambos estimaron que el cerebro está envuelto por una estructura esquelética y que el volumen allí presente, compuesto por líquido cefalorraquídeo, sangre y tejido cerebral, es constante.
Sin embargo, Mascarenhas observó que el latido cardíaco genera ondas de presión capaces de causar deformaciones en el cráneo del orden de 5 micrones (μm). “Según como cada onda distorsione el cráneo, pueden conocerse las condiciones de salud del individuo”, dice el neurólogo clínico Fabiano Moulin, de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp), autor de 3 de los 59 artículos científicos publicados sobre las observaciones de Mascarenhas y el monitoreo no invasivo de la PIC.
El método no invasivo de brain4care monitorea la presión intracraneal a través del registro de la forma de onda de la PIC y calcula diversos parámetros asociados a la hemodinámica cerebral. Estos parámetros se extraen de la onda, pulso a pulso, y se utilizan para generar información al respecto de la distensibilidad intracraneal, es decir, la capacidad que posee el cráneo de tolerar un incremento de su volumen sin un aumento significativo de la presión intracraneal.
Según Moulin, el índice de precisión del diagnóstico de la PIC es bastante elevado, aproximadamente de un 98 %. “Se trata de un sistema de monitoreo muy efectivo para el diagnóstico de problemas neurológicos de riesgo medio y bajo, y evita la necesidad de una intervención quirúrgica para el implante del sensor”, sostiene. Según Andrade, se encuentra en fase de desarrollo en brain4care una nueva versión miniaturizada del dispositivo no invasivo, cuya presentación al público está prevista para 2024.
Proyectos
1. Desarrollo de un dispositivo para el monitoreo mínimamente invasivo de la presión intracraneal (nº 08/53436-2); Modalidad Programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Investigador responsable Sérgio Mascarenhas Oliveira (Sapra); Inversión R$ 654.281,90.
2. Registro y comercialización de un dispositivo para el monitoreo mínimamente invasivo de la presión intracraneal (nº 11/51080-9); Modalidad Programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Investigador responsable Sérgio Mascarenhas Oliveira (Sapra); Inversión R$ 348.684,81.
3. Desarrollo de un sensor no invasivo, hardware y software para el monitoreo de la presión intracraneal en pacientes con hidrocefalia y accidente cerebrovascular (nº 12/50129-7); Modalidad Programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Investigador responsable Gustavo Henrique Frigieri Vilela (Sapra); Inversión R$ 358.784,13.
4. Desarrollo de un sensor inductivo mínimamente invasivo para monitorear la presión intracraneal (nº 14/50618-3); Modalidad Programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Investigador responsable Sérgio Mascarenhas Oliveira (Braincare); Inversión R$ 913.895,75.
5. Sistema Braincare de adquisición, almacenamiento y análisis de datos para la salud (nº 16/01990-2); Modalidad Programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Investigador responsable Deusdedit Lineu Spavieri Júnior (Braincare); Inversión R$ 737.309,60.
Artículos científicos
SILVA JUNIOR, E. B. et al. Fiber-optic intracranial pressure monitoring system using Wi-Fi — Na in vivo study. Neurosurgery. n. 92(3), p. 647-56. mar. 2023.
MORAES, F. M. et al. Waveform morphology as a surrogate for ICP monitoring: A comparison between an invasive and a noninvasive method. Neurocritical Care. n. 37, p. 219-27. mar. 2022.
MASCARENHAS, S. et al. The new ICP minimally invasive method shows that the Monro-Kellie doctrine is not valid. Acta Neurochirurgica. 1º ene. 2012.
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