Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de California en San Diego ha demostrado, por primera vez, que un dispositivo portátil y no invasivo puede medir la actividad de los nervios cervicales humanos en entornos clínicos.
El dispositivo registra lo que el equipo llama neurografía autónoma (ANG), la actividad neuronal de los nervios vago y del seno carotídeo humanos, así como otros nervios autónomos que se encuentran en la piel y los músculos del cuello. El nervio vago es una «superautopista» del sistema nervioso involuntario, con zarcillos que se extienden desde la base del cráneo a través del torso y el abdomen para influir en la digestión, la frecuencia cardíaca y el sistema inmunológico. El nervio vago desempeña un papel fundamental en la respuesta inflamatoria del cuerpo a una lesión o infección, y ha sido el foco de investigación de enfermedades mortales como la sepsis, una de las principales causas de muerte en las salas de emergencia que afecta al menos a 1,7 millones de adultos en los EE. UU. cada año según el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales, y el trastorno de estrés postraumático, que afecta a aproximadamente el 3,5% de la población según el Instituto Nacional de Salud Mental.
Para ofrecer a los profesionales médicos una herramienta clínicamente probada en tiempo real para detectar niveles de actividad en el sistema nervioso involuntario, una señal de alerta temprana de un cuerpo bajo estrés, los investigadores diseñaron un conjunto de electrodos flexibles con adhesivo integrado (como se informó en un artículo de 2022). Informes científicos artículo). El estudio actual, publicado el 29 de julio de 2024 en Comunicaciones de la naturaleza Biologíautilizaron este enfoque con el objetivo de detectar actividad neuronal profunda en un modelo clínico hiperinflamatorio simulado.
«Estamos muy contentos con nuestros resultados. El dispositivo está preparado para proporcionar un marcador de diagnóstico temprano de infección por patógenos o inflamación a partir de un proceso patológico», afirmó el autor principal del estudio, Imanuel Lerman, director del Laboratorio Lerman del Instituto Qualcomm, la Facultad de Medicina y la Facultad de Ingeniería Jacobs de la UC San Diego, así como del Centro de Excelencia para el Estrés y la Salud Mental del Departamento de Asuntos de los Veteranos. Lerman es el fundador de InflammaSense Inc., la empresa que otorga la licencia de la tecnología del dispositivo. «Basándonos en los resultados del estudio, ahora estamos implementando el dispositivo en las unidades de cuidados intensivos del Centro Médico Jacobs de UC San Diego Health. El dispositivo detectará señales neuronales involuntarias tempranas que indican una sepsis inminente».
Troy Bu, candidato a doctorado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computación de la Escuela Jacobs, es el primer autor del estudio.
Tiempo real en la sala de emergencias
Para reemplazar los microelectrodos implantados quirúrgicamente para monitorear o activar el nervio vago, el nuevo dispositivo aprovecha una poderosa técnica llamada «magnetoneurografía» para detectar con mayor precisión la activación del nervio cervical de manera no invasiva en tiempo real. El dispositivo detecta los campos magnéticos que surgen de la actividad en los nervios vago y del seno carotídeo, que «pulsan» para advertir al sistema nervioso involuntario de una amenaza.
Los investigadores probaron el dispositivo en nueve sujetos humanos adultos. A los pacientes se les extrajo sangre y se analizó su plasma para determinar los niveles basales de proteínas desencadenantes de la inflamación, llamadas citocinas. A continuación, se les inyectaron toxinas de origen bacteriano llamadas lipopolisacáridos, lo que indujo un estado hiperinflamatorio temporal en el cuerpo que imitaba la inflamación asociada con una infección sanguínea.
En una sala protegida magnéticamente en el Centro de Magnetoencefalografía del Instituto Qualcomm de la Universidad de California en San Diego, los investigadores colocaron sensores de su dispositivo en puntos del nervio vago debajo de la oreja derecha y sobre la arteria carótida derecha, donde se encuentran tanto el nervio vago como el nervio del seno carotídeo. El dispositivo monitoreó la frecuencia cardíaca y los campos magnéticos que surgen de la actividad nerviosa.
En media hora después de la inyección de lipopolisacáridos a los pacientes, el dispositivo detectó cambios en la actividad nerviosa debajo de la oreja derecha. Los investigadores confirmaron el aumento de la actividad nerviosa y la liberación de proteínas inflamatorias a través de muestras de sangre. También registraron cambios en la frecuencia cardíaca durante todo el proceso, así como un vínculo notable entre la activación nerviosa en ambos sitios y los cambios en una citocina inflamatoria particular llamada necrosis tumoral alfa o TNF-α y la citocina antiinflamatoria llamada IL-10.
El TNF-α es una especie de heraldo: los pacientes con niveles elevados tienen mayor riesgo de sufrir un shock séptico, una afección mortal en la que la respuesta inflamatoria del cuerpo supera los límites y causa efectos devastadores en todo el sistema que, en última instancia, pueden resultar en la muerte.
Por otro lado, los niveles elevados de IL-10 pueden indicar que los pacientes están en riesgo de sufrir inmunoparálisis, una condición que ocurre durante la sepsis cuando las células inmunes no pueden combatir ni los microbios extraños o residentes, ni los virus residentes que pueden provocar una infección descontrolada y la muerte.
«En el caso de la sepsis, cada minuto cuenta y los tratamientos tempranos salvan vidas», afirmó Bu. «La detección temprana de la sepsis es fundamental, ya que cada hora que no se trata la sepsis, la probabilidad de muerte aumenta hasta en un siete por ciento. Nuestra tecnología puede proporcionar a los médicos una señal de advertencia temprana de respuesta hiperinmune o inmunoparálisis en la sepsis. Los médicos pueden entonces proporcionar el tratamiento correcto lo más rápido posible».
Al igual que en el estudio de 2022, los investigadores volvieron a descubrir que los pacientes se dividían en grupos con distintas respuestas al estrés de la inyección. Algunos pacientes mostraban picos más altos en presencia de proteínas inflamatorias y efectos secundarios más fuertes, mientras que otros presentaban picos más bajos.
Con esta tecnología, los médicos podrían identificar subgrupos de pacientes con mayor riesgo de presentar una respuesta inmunitaria hiperactiva e inmunoparálisis, dos factores que contribuyen a las complicaciones y la mortalidad relacionadas con la sepsis. El dispositivo también podría utilizarse para determinar si los tratamientos están reduciendo la inflamación en el cuerpo, para comprender mejor el sistema nervioso y la inflamación en personas que padecen trastorno de estrés postraumático y otros trastornos de salud mental, y para adaptar la dosis de las terapias dirigidas a los sistemas nerviosos de cada paciente.
Este estudio fue una colaboración entre la Universidad de California en San Diego, los Laboratorios Nacionales Sandia, la Universidad de Wisconsin-Madison, el Centro de Estrés y Salud Mental del VA, el Laboratorio Quspin, la Universidad de Stanford e InflammaSense Inc.
La financiación fue proporcionada por la Autoridad de Investigación y Desarrollo Biomédico Avanzado (BARDA) y el Fondo de Investigación de Sensores Neuronales David y Janice Katz en memoria de Allen E. Wolf.
