Nos acostumbramos a ellas hace cuatro años para evitar los contagios por Covid, y desde entonces ya no se nos hace raro ver a gente por la calle -menos aún dentro de un hospital o centro sanitario- con una mascarilla. Ahora, además, investigadores del Instituto Tecnológico de California (Caltech) les han encontrado una nueva utilidad: la de la monitorización de distintas afecciones médicas, como el asma, la EPOC o infecciones relacionadas precisamente con la Covid, a través de la respiración.
No son, eso sí, las únicas mascarillas inteligentes que se están desarrollando en el mundo. Pero, a diferencia de las otras, que están más encaminadas a controlar cambios físicos como la temperatura, la humedad o la frecuencia respiratoria, las del Caltech -llamadas EBCare- permiten analizar en tiempo real las sustancias químicas presentes en el aliento, como el nitrito, que indica inflamación de las vías respiratorias y que podría ser de gran utilidad para, por ejemplo, los pacientes asmáticos. Así lo han demostrado los resultados del estudio que han realizado.
“Monitorizar la respiración de un paciente es algo que se hace de forma rutinaria. Sin embargo, hasta ahora es necesario que el paciente acudiera a una clínica para la recogida de muestras, seguida de un periodo de espera para los resultados del laboratorio”, señala Wei Gao, catedrático de Ingeniería Mecánica del Instituto Tecnológico de California y miembro del equipo que ha desarrollado este dispositivo que busca aprovechar el incremento del uso de mascarillas a raíz de la pandemia “para realizar un seguimiento personalizado a distancia y obtener información en tiempo real”. “Por ejemplo, podríamos utilizar esta información para evaluar lo bien que está funcionando un tratamiento médico”, asegura.
"Podríamos utilizar esta información para evaluar lo bien que está funcionando un tratamiento médico”
El nombre de EBCare procede del acrónimo EBC, que significa “exhaled breath condensate” (aliento exhalado condensado). ”El condensado del aliento contiene gases solubles y sustancias no volátiles en forma de aerosoles o gotitas, como indicadores inflamatorios y patógenos o sustancias metabólicas”, explica Wenzheng Heng, autor principal del estudio y estudiante de posgrado en Caltech. Gao, por su parte, también pertenece al Instituto de Neurociencia Tianqiao y Chrissy Chen, que ya había desarrollado anteriormente una serie de biosensores portátiles que analizan el sudor humano para medir metabolitos, nutrientes, hormonas y niveles deproteínas. El aliento, no obstante, plantea nuevos retos.
Y es que, para analizar las sustancias químicas del aliento de una persona, los investigadores tienen que enfriar el vapor del aliento húmedo hasta convertirlo en líquido, algo que, en el ámbito clínico, se realiza a través de cubos de hielos o de neveras, es decir, por separado del análisis del propio aliento. La mascarilla que han desarrollado ahora, sin embargo, se refrigera sola, mediante un sistema de refrigeración pasiva que integra la refrigeración evaporativa del hidrogel con la refrigeración radiativa, y que permite al mismo tiempo obtener los análisis.
Después, una vez que el aliento se ha convertido en líquido, una serie de capilares -pertenecientes a una clase de dispositivos denominados microfluidos bioinspirados- transportan inmediatamente dicho líquido a los sensores para su análisis (para aprender a transportar el agua, explica Gao, aprendieron de las plantas, puesto que utilizan las fuerzas capilares para extraer agua del suelo hacia arriba). Por último, los resultados del análisis se transmiten de manera inalámbrica a un teléfono personal, a una tableta o a un ordenador.
"La mascarilla está diseñada por costar alrededor de un dólar en materiales"
“La mascarilla inteligente puede desarrollarse a un coste relativamente bajo. Está diseñada para costar, solamente, alrededor de un dólar en materiales”, destaca Gao. “Representa un nuevo paradigma para la gestión de enfermedades respiratorias y metabólicas y la medicina de precisión, porque podemos obtener fácilmente muestras de aliento y analizar sus moléculas químicas a través de las mascarillas corrientes”, insiste Wenzheng Hen.
UN AMPLIO ABANICO DE POSIBILIDADES
Las mascarillas inteligentes desarrolladas por el Caltech también han resultado tener otra función. En un estudio paralelo, el equipo de investigadores demostró que eran capaces de detectar, “con precisión”, los niveles de alcohol en sangre de quienes las utilizan. Así, afirman, en el futuro podrían utilizarse en controles de alcoholemia o en otras formas de control del consumo de alcohol.
“Es la base para crear una mascarilla que funcione como una plataforma versátil de control de la salud general”
Y no solo eso: también estudiaron cómo podrían utilizarse las máscaras para evaluar los niveles de urea en sangre para el seguimiento y tratamiento de las enfermedades renales. Y es que, por un lado, cuando la función renal disminuye, los subproductos del metabolismo de las proteínas, como la urea, se acumulan en la sangre; mientras que, por otro, la propia urea también aumenta en la saliva, que se descompone en gas amoníaco y produce mayores niveles de amonio en el condensado del aliento. Según el estudio de la institución estadounidense, sus mascarillas podrían detectar con precisión los niveles de amonio, “reflejando fielmente los niveles de urea en la sangre”.
Después de este primer acercamiento, indica Wei Gao, su intención es ampliar la tecnología para así incorporar distintos marcadores relacionados con diversas condiciones de salud: “Es la base para crear una mascarilla que funcione como una plataforma versátil de control de la salud general”. “Este concepto, el de que en el futuro puedan añadirse biosensores para una amplia gama de compuestos, pone de relieve el potencial de la mascarilla inteligente para la monotorización el diagnóstico de la salud”, sentencia Harry Rossiter, otro de los coautores.