Diseño de una unidad de detección y cuantificación de analitos presentes en fluido biosintético simulador de orina basado en colorimetría e IoT
Proyectos
Las infecciones urinarias (IU), la diabetes y las enfermedades renales son un problema de salud pública que representan un gasto importante para el sistema de salud tanto en Colombia como en el resto del mundo. Esto se debe a su alta frecuencia y a la necesidad de realizar estudios de laboratorio para su diagnóstico y tratamiento. El diagnóstico temprano y preciso de estas afecciones es fundamental para mejorar los resultados clínicos y reducir costos [Pigrau 2013; Imam 2024]. Entre los adultos de 20 a 50 años, las IU son mucho más frecuentes en mujeres que en hombres [Foxman 2002; Alós 2005]. Se estima que entre 40 y 50% de las mujeres presenta IU en algún momento de su vida y de éstas, 11% tendrá al menos una infección por año; contrario a la situación de los hombres menores de 50 años, en quienes donde las ITU presentan una baja prevalencia [Orrego-Marín et al. 2014]. Entre los estudios que se realizan frecuentemente en los laboratorios clínicos para detectar y controlar este tipo de enfermedades se encuentra el análisis de orina. Esta prueba consiste en la evaluación física, química y microscópica de la orina utilizando técnicas como la inspección visual, las tiras reactivas o el análisis microscópico, lo que permite evaluar características como su aspecto, contenido y concentración de diferentes biomarcadores; determinando parámetros como color y apariencia, olor, nivel de acidez, alteración de la microbiota, presencial de células, cristales, cilindros urinarios, y presencia de compuestos o biomoléculas como sangre, glucosa, cetonas y bilirrubina [McPherson and Pincus 2021]. La colorimetría es una técnica que se emplea en el análisis de orina a través del uso de tiras reactivas y que permite medir el color, el pH, la glucosa, las proteínas, la bilirrubina y la presencia de sangre oculta [Ahmad 2018; Brunzel 2021; InformedHealth 2023]. Este análisis colorimétrico se realiza por observación de las tiras comparadas con una tabla patrón y en ocasiones resulta subjetivo debido a la incertidumbre asociada al observador. El Internet de las Cosas (IoT) es un sistema tecnológico de soluciones tecnológicas que permite que los objetos se conecten a Internet y entre sí [Kumar 2019]. Esta tecnología es cada vez más utilizada en aplicaciones biomédicas, ya que permite la comunicación segura de información relativa a los dispositivos biomédicos y los pacientes [Jaramillo-Isaza 2023]. Debido a que el análisis de orina se realiza en laboratorios clínicos, el tiempo, el seguimiento y la rigurosidad en la que son diagnosticadas estas enfermedades puede variar, ya que esto implica el desplazamiento del paciente hasta los centros de atención o los laboratorios clínicos, lo que puede afectar los esfuerzos clínicos y terapéuticos asociados al tratamiento, seguimiento y diagnóstico de enfermedades. Por ello, la posibilidad de desarrollar enforques centrados en el paciente y que lo involucren en su proceso de enfermedad, así como el uso de enfoques de telesalud que permitan aumentar la cobertura de atención de los sistemas de salud son cada vez más usados y requeridos en los entornos médicos. Prueba de ello, son las cada vez más comunes ‘apps’ de seguimiento de variables biomédicas a través del uso de ‘smartwatchs’ [Picard and Boyer 2021; Masoumian Hosseini et al. 2023], teléfonos portables [Zhang et al. 2022; Geballa- Koukoula et al. 2023], o incluso anillos de monitoreo [Fiore et al. 2024], entre otros. Tradicionalmente, el análisis de orina ha sido la primera línea de defensa para detectar estas enfermedades, pero este proceso puede ser lento y sujeto a errores humanos. Por esta razón, este proyecto se centra en el desarrollo de un prototipo de dispositivo portátil que permita la detección y cuantificación de analitos comúnmente presentes en la orina, utilizando el principio de colorimetría y la tecnología IoT para la comunicación efectiva y segura de información a servidores hospitalarios, con el fin de contribuir al monitoreo, seguimiento y apoyo diagnóstico de pacientes con enfermedades como IU, diabetes, enfermedades renales o hepáticas. Para la evaluación del funcionamiento del dispositivo se utilizará fluido biosintético simulador de orina. Este fluido puede emular diferentes características de la orina humana y se consigue principalmente a partir de la combinación de agua destilada y diferentes compuestos químicos [Sarigul et al. 2019]. El uso de este fluido permitirá varios diferentes parámetros de interés para esta propuesta, como la concentración de analitos, color, densidad, entre otros. Esto resulta en una ventaja a nivel experimental, ya que se podrá probar el dispositivo bajo diferentes condiciones. El presente proyecto consta de 5 etapas. La primera dedicada a la vigilancia tecnológica que permitirá identificar desarrollos similares reportados en la literatura mundial. Una segunda etapa dedica a la adquisición de componentes electrónicos y mecánicos que serán utilizados en el desarrollo del dispositivo y que sean coherentes con el principio de funcionamiento esperado el cuál emplea el principio de colorimetría y el internet de las cosas (IoT). Una tercera etapa que consiste en la estandarización del protocolo de elaboración del fluido biosintético simulador de orina. La cuarta etapa estará orientada a la fabricación del prototipo del dispositivo empleando fabricación aditiva y técnicas de impresión de circuitos electrónicos. Finalmente, la última etapa consiste en evaluar el desempeño del prototipo ante diferentes condiciones simuladas y empleando el fluido biosintético simulador de orina. El desarrollo de este tipo de dispositivos aporta al fortalecimiento de los sistemas de salud ayudando a mejorar la cobertura, en la reducción de costos de enfermedades prevenibles, favoreciendo la innovación y promoviendo la transferencia de conocimiento y tecnología.
