La tecnología no tiene limite y cada día es posible sorprenderse más con los avances científicos, no importa lo básico, lo improvisados o prototipados que sean, son el origen de una idea que permite abrir las puertas a soluciones brillantes en el futuro.
El día de hoy hablaremos sobre soluciones que están desarrollando las pruebas de laboratorio de uso extramural. Esta claro que este tipo de pruebas no tienen el rigor y validación científica suficiente para verlas comercialmente, pero casos como el de las pruebas de embarazo comerciales al publico son comunes ahora y es por esto que debemos entender que esta realidad es posible con casi cualquier analito o mensurado que se desee medir.
En este capitulo hablaremos sobre la medición de potasio por medio de teléfonos inteligentes en sangre (1), donde un grupo de investigadores japoneses desarrollan un sistema capaz de medir el electrolito Potasio (K) en muestras de sangre a través de un LED acoplado a la cámara del teléfono celular y este es capaz de cuantificar el analito a través un sistema de interpretación de la imagen obtenida con una precisión y exactitud significativamente alta. Este articulo es publicado en la revista Sensor en la sección de Biosensors, una revista con rango Q2 y factor de impacto de 3.9 al 2022, especializada en desarrollos para la medición de diversos elementos o compuestos por diferentes metodologías en los campos la salud, industria, alimentación y otros. Revista del gremio de ingeniería con participación en diversas sociedades internacionales.
Recordemos que el potasio (K) es un elemento químico primordial para el funcionamiento de las células, especialmente para el tejido muscular y nervioso. Su mayor concentración en el organismo es de forma intracelular . Existen diversas patologías en donde el monitoreo del potasio en sangre es fundamental para evitar afectaciones mortales como arritmias cardiacas o enfermedades cerebro vasculares.
La reacción química:
En la actualidad existen diversos métodos de medición del K en sangre, en especial el método de electrodo selectivo de iones (ISE) es el mas común usando tanto en instrumentos de procesamiento de altos volúmenes de muestras como en equipos portátiles tipo puntos de atención (PoC). Existen otros métodos que han sido antecesores de ISE, como por ejemplo la fotometría de llama (AAS) que aun hoy es usado para cuantificación de iones en sangre. La búsqueda de miniaturizar los ensayos clínicos han puesto en marcha una carrera por encontrar métodos que no se vean afectados por problemas de dilución (2) o inclusive problemas de calibración y deterioro de los electrodos. Para ello, tecnologías como sensores complementarios de semiconductores de oxido metálico (CMOS) acopladas a los dispositivos de cámaras de teléfonos celulares muestran avances en la tecnología CMOS, junto con el aumento de la velocidad de procesamiento y la capacidad de almacenamiento, han permitido la realización de dispositivos analíticos y de imagen de bajo costo basados en teléfonos inteligentes (3).
La medición del potasio se realiza por una metodología de turbidimetría al reaccionar tetrafenilborato de sodio (Na-TPB) con la muestra. Esta reacción genera enturbiamiento en relación con la concentración de potasio en la muestra a analizar.
Los investigadores muestran de forma muy completa como desarrollaron las concentraciones del analito a medir y las concentración adecuada del Na-TPB el cual es conocido como un agente precipitador del potasio. La siguiente es la reacción esperada en un ambiente acuoso:
B(C6H5)4– + K+ -> KB(C6H5)4 ⬇︎ (s)
También realizan una curva de calibración usando una matriz corporal real usando plasma sanguíneo tratado. Este factor no siempre lo cumplen los métodos ISE y AAS, los cuales usan por lo general matrices acuosas que pueden afectar la aplicación analítica real de la prueba.
La detección:
La reacción es determinada por medio de la cámara del teléfono y accesorio periférico diseñado por los investigadores que incluye un LED, un difusor óptico que ayuda a homogenizar espacialmente la intensidad de la luz LED, elementos adicionales son descritos en el accesorio creado, como una lente biconvexa fija que permite acortar la distancia focal de la cámara a la muestra a analizar, entre otros. La muestra y el reactivo son mezclados en partes iguales y ubicada en portaobjetos y cubierta por un cubreobjetos evitando la formación de burbujas de aire, el cual es colocado entre el accesorio y la cámara del teléfono. Se uso un teléfono celular con unas características generales de un equipo de gama media – alta del mercado.
La configuración general para la toma de la fotografía es especificado en el articulo, es interesante ver en nivel de detalle del informe. En el momento de tomar la foto, esta debe cumplir con unos criterios especificados que permiten obtener un producto fotográfico de calidad denominado región de interés (ROI) para poder analizar la foto por medio de un algoritmo de análisis de imágenes que convierte la imagen obtenida del espacio de color RGB (red, green y blue) a HSV (hue, saturation y value).
A partir de esta conversión se define el valor de intensidad de la imagen en la ROI. Este valor varia según la concentración de K analizado. De esta forma los investigadores lograron realizar una curva de calibración que les ayudo a realizar el proceso de validación de la técnica.
La validación:
La técnica fue validada frente a instrumentos de análisis de las dos metodologías principales, ISE y AAS. Usaron 6 muestras con concentraciones que van desde 0.5 – 7.5 mmol/L. Por encima de 1,5 mmol/L la precisión estaba dentro de 0,27 mmol/L y la exactitud de la lectura estaba dentro de 0,18 mmol/L. Se hicieron pruebas de selectividad de la prueba al usar compuestos como el NaCl y KCl y con diversos ensayos demostraron que el la presencia de Na+ no afecta la medición de K+.
Los ensayos comparativos de la técnica con ISE muestran una excelente correlación. Para el caso del ISE se evidencio una correlación de 0.99.
Para el caso de la AAS la correlación fue aceptable pero a mayor concentraciones, los valores medidos se desviaron de los valores esperados. Lo más probable es que esto se deba al proceso ineficiente de atomización de soluciones que contienen altas concentraciones de K+.
Conclusión:
Los autores ofrecen unas conclusiones claras que definen los beneficios como por ejemplo el hecho de lograr que la tecnología llegue a lugares remotos y solucionar problemas de accesibilidad del servicio; y limitaciones de la técnica como por ejemplo la separación de la de la muestra para obtener el plasma y la calibración de la misma. Sin embargo, el estudio como elemento de innovación esta muy bien pensado, intenta solucionar un problema y recurren a elementos de uso común en la actualidad como lo son los teléfonos inteligentes.
En términos de viabilidad, practicidad y efectividad, esta innovación tiene ciertos alcances interesantes pero también deja claro que este es solo una aproximación a futuras soluciones, ya que carece de varios aspectos que considero importantes para hacer de la tecnología un sistema consistente y es que sea estandarizable, practico y accesible. Es un acercamiento brillante de un portafolio de soluciones que se pueden desarrollar en próximos años.
«En los campos del análisis clínico y el tratamiento médico, estos dispositivos tienen el potencial de monitorizar parámetros fisiológicos bajo demanda en tiempo real, fuera de las instalaciones hospitalarias, utilizando Internet como plataforma. Los dispositivos habilitados para teléfonos inteligentes pueden enriquecer el creciente campo de la Internet de las cosas (IoT) y contribuir a una mejor gestión de la salud, especialmente para las personas en áreas remotas que carecen de fácil acceso a un hospital. Ya hay varios dispositivos PoCT habilitados para teléfonos inteligentes que se han aplicado al diagnóstico médico. Algunos ejemplos son la PoCT habilitada para teléfonos inteligentes para el diagnóstico del ojo seco, el diagnóstico renal, la cuantificación del cortisol, el diagnóstico de la bilirrubina, la detección de anticuerpos y ARN en sangre y la detección del VIH o la hepatitis» (1).
Este tipo de pensamientos son de mi interés ya que están intentando conectar dos escenarios diferentes: la salud y el usuario a un paso. Lo vemos desde hace décadas con las tecnologías PoCT y las pruebas de embarazo de farmacia o las tiras reactivas de orina. Lentamente empezaremos a ver como procedimientos que estaban destinados a ser usados en ambientes hospitalarios porque requieren la rigurosidad de la ejecución científica, empezarán a salir de allí ya que la misma formalidad de hacer las cosas bien y confiables será cada vez mas practica y fácil para el usuario final.
Un ejemplo claro de una solución bien pensaba, practica, estandarizable y accesible para el usuario final es el caso de los sistemas de monitoreo continuo de glucosa, que a la fecha, considero, son el mayor adelanto tecnológico de los últimos años que cumple con estos objetivos
En una próxima entrega les hablare sobre algunas técnicas novedosas en orina que se están comenzando a comercializar de uso en casa para identificar desordenes nutricionales y su correlación afectaciones de diversos sistemas y órganos.
Notas:
- Hidayat AS, Horino H, Rzeznicka II. Smartphone-Enabled Quantification of Potassium in Blood Plasma. Sensors. 2021; 21(14):4751. https://doi.org/10.3390/s21144751.
- Moran RF. POC Testing and Reporting of Sodium, and Other Small Molecules Need Modified IFCC Source/Type Designations to Improve Operational Efficacy and for Clinically Accurate, Unambiguous Reporting from LIMS and HIS. EJIFCC. 2023 Dec 21;34(4):271-275. PMID: 38303750; PMCID: PMC10828536.
- Hernández-Neuta I, Neumann F, Brightmeyer J, Ba Tis T, Madaboosi N, Wei Q, Ozcan A, Nilsson M. Smartphone-based clinical diagnostics: towards democratization of evidence-based health care (Review). J Intern Med 2019; 285: 19–39.
Labgoritmus 
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