Una nueva tecnología reduce un 80% el uso de pulmones artificiales en casos de insuficiencia respiratoria

Es un tomógrafo desarrollado por una empresa brasileña, que ayuda a los médicos de un hospital de la Universidad Harvard a implementar estrategias de ventilación mecánica individualizadas y a disminuir la necesidad de la terapia de oxigenación con membrana extracorpórea con pacientes graves

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – Un tomógrafo de impedancia eléctrica desarrollado en la empresa Timpel, de la ciudad São Paulo, en Brasil, ayudó a médicos del Massachusetts General Hospital, en Boston, Estados Unidos, a reducir un 80 % la necesidad de que los pacientes con insuficiencia respiratoria aguda internados en dicha institución nosocomial y con recomendación de terapia de oxigenación con membrana extracorpórea (ECMO) sean sometidos al tratamiento popularmente conocido como “pulmón artificial” e implementado actualmente en casos muy graves de COVID-19.

Los resultados de este estudio aparecen descritos en un artículo publicado en la revista Respiratory Care.

“El equipo de rescate pulmonar de ese hospital ha venido utilizando este aparato que nosotros desarrollamos desde 2016 con resultados espectaculares”, dijo Rafael Holzhacker, durante una conferencia dictada en el marco del webinario intitulado “Los emprendimientos científicos y la innovación como respuesta al COVID-19”, organizado por la FAPESP con el apoyo del Global Research Council (GRC) el pasado día 7 de abril.

El tomógrafo de impedancia eléctrica, desarrollado por la empresa con el apoyo del Programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (PIPE) de la FAPESP, permite que los equipos médicos monitoreen ininterrumpidamente y de manera no invasiva al lado de las camas las condiciones pulmonares de los pacientes con insuficiencia respiratoria. De este modo, es posible optimizar la ventilación mecánica, con el objetivo de reducir las complicaciones y las lesiones pulmonares y evitar el prolongamiento innecesario de este procedimiento.

“La ventilación mecánica es compleja y no intuitiva, y reviste diversos peligros que no son visibles al borde de la cama. Asimismo, las respuestas de los pacientes son sumamente heterogéneas”, sostuvo Holzhacker.

La evolución de los pacientes durante la intubación es lenta, y la estrategia de ventilación mecánica adoptada en un caso puede no funcionar en otro.

“Por eso es sumamente importante que el equipo médico cuente con indicadores individualizados para visualizar las condiciones pulmonares de los pacientes, a los efectos de efectuar la ventilación mecánica adecuadamente, con la finalidad de disminuir el tiempo de dependencia y, por consiguiente, los efectos colaterales de las intubaciones”, afirmó Holzhacker.

El tomógrafo efectúa la evaluación de la resistencia al paso de una corriente eléctrica (la impedancia), que varía sustancialmente debido al aire presente en los pulmones a medida que el paciente inspira y exhala.

Con una cinta con 32 electrodos, este aparato emite una corriente eléctrica de baja intensidad alrededor del tórax del paciente, similar a la corriente eléctrica que se utiliza en los electrocardiogramas.

A medida que atraviesa el tórax y se encuentra con diferentes resistencias en su trayecto, la corriente eléctrica indica en qué zona de los pulmones está circulando el aire. Con base en la impedancia medida en la superficie del tórax, se generan 50 imágenes por segundo que representan la distribución y la dinámica de insuflación pulmonar, que le suministran una información vital al médico en tiempo real, al borde de la cama.

Un software integrado al aparato, desarrollado durante el proyecto que contó con el apoyo del PIPE-FAPESP, permite que el equipo médico determine la mejor estrategia de ventilación protectora destinada al paciente.

Con la ayuda de este aparato, el equipo médico del Massachusetts General Hospital desarrolló estrategias de ventilación mecánica individualizadas para 15 pacientes con insuficiencia respiratoria aguda internados en dicha institución y con recomendación de uso de ECMO.

Mediante la aplicación de maniobras de ventilación mecánica visualizadas con el tomógrafo, lograron que solamente dos de los 15 pacientes con recomendación de ECMO fuesen sometidos a ese procedimiento, cuando la sangre del paciente circula fuera del cuerpo a través de cánulas, pasa por la bomba y por la membrana de un aparato que funciona como un pulmón artificial y regresa oxigenada al cuerpo.

“El ECMO es uno de los últimos recursos utilizados en las UTI porque es caro y sumamente complejo, y con la pandemia de COVID-19, la necesidad de esta aplicar terapia se multiplicó”, dijo Holzhacker.

El mismo equipo médico del hospital estadounidense informó en otro estudio, publicado al comienzo de 2020 en la revista Critical Care, que también con base en la ventilación mecánica individualizada visualizada con el tomógrafo desarrollado por Timpel se logró reducir a la mitad el riesgo de muerte de pacientes obesos y con insuficiencia respiratoria aguda que debieron ser intubados.

“La conexión con el equipo médico de ese hospital, que es el mayor de la Universidad Harvard, y de otras instituciones hospitalarias no solo de Estados Unidos, sino también de Brasil, Italia y España, fue fundamental para responder a las demandas que planteó la pandemia de COVID-19”, afirmó Holzhacker.

También hizo su aporte el hecho de que se había desarrollado antes de la pandemia de COVID-19 una amplia gama de aplicaciones para el tomógrafo, para pacientes obesos, por ejemplo –que forman parte de los grupos de riesgo de desarrollo de formas graves de la enfermedad–, para ayudar a evaluar el efecto de la colocación del paciente en la posición prona (boca abajo), para uso pediátrico y en neonatos, entre otros usos, sostuvo el ejecutivo.

Una plataforma versátil

La versatilidad de una tecnología utilizada por investigadores de la startup Biolinker para producir proteínas recombinantes de difícil expresión también le permitió a esta empresa de biotecnología desarrollar kits y test de diagnóstico para la detección de COVID-19.

Al basarse en la metodología denominada sistema libre de células, existente hace más de 100 años y empleada para decodificar el genoma humano, esta tecnología aún es muy cara.

Mediante mejoras de esta metodología realizadas en etapas, los investigadores de la empresa, incubada en el Cietec, el Centro de Innovación, Emprendimientos y Tecnología vinculado a la Universidad de São Paulo y al Instituto de Investigaciones Energéticas y Nucleares (Ipen), logran producir y purificar proteínas recombinantes en forma continua.

“Somos la segunda empresa en el mundo con capacidad para liofilizar ese sistema libre de células. Esto es importante, pues permite aumentar la estabilidad y el rendimiento de las proteínas, y facilitar su transporte”, dijo Mona das Neves Oliveira, fundadora de la empresa.

Con el surgimiento del COVID-19, los investigadores de Biolinker vieron que la plataforma tecnológica que desarrollaron podría utilizarse en la producción de proteínas liofilizadas del SARS-CoV-2, que son importantes para el desarrollo de vacunas, nuevos medicamentos y test de diagnóstico de la enfermedad. Entre estas proteínas están la nucleocápsida N –la fracción antigénica de la proteína de la superficie del SARS-CoV-2, llamada spike, que el nuevo coronavirus emplea para conectarse a un receptor de las células humanas (proteína ACE2) e infectarlas– y la RBD (las siglas en inglés de dominio de unión al receptor), que es la punta de la proteína spike.

La nucleocápsida N está empleándose en un test ELISA –las siglas en inglés de Enzyme-Linked Immunosorbent Assay–, que se está desarrollando en la empresa en colaboración con la profesora Ester Sabino, investigadora del Instituto de Medicina Tropical de la Facultad de Medicina de la Universidad de São Paulo (IMT-USP), en el marco de un proyecto apoyado por el PIPE-FAPESP.

Este test apunta a detectar la presencia de anticuerpos del tipo inmunoglobulina G (IgG), elaborados durante la fase aguda de la enfermedad (en promedio, diez días después del comienzo de los síntomas) en el suero de los pacientes (lea más en: agencia.fapesp.br/33537). 

Este test se validó en el IMT-USP con muestras de sangre de 250 pacientes atendidos en el Hospital de Clínicas de la Facultad de Medicina de la USP.

“Obtuvimos resultados sumamente interesantes. Los datos indicaron que el test que desarrollamos posee un 95 % de sensibilidad para detectar anticuerpos IgG, un índice mayor que el de otras pruebas disponibles comercialmente”, comparó Das Neves Oliveira.

En tanto, la proteína RBD está empleándose en un test popular de COVID-19 que la empresa desarrolló en colaboración con el investigador Frank Crespilho, docente del Instituto de Química de São Carlos de la USP (lea más en: agencia.fapesp.br/35118/). 

“La expresión de esta proteína, que es importante para evaluar la eficacia de las vacunas contra el COVID-19, pues detecta anticuerpos neutralizantes, es sumamente difícil. Desarrollamos estrategias tendientes a mantener su estabilidad y mejorar su respuesta y su sensibilidad”, dijo Das Neves Oliveira.

Ambos test se encuentran en la fase final de ensayos para la obtención de su registro en la Agencia Nacional de Vigilancia Sanitaria (Anvisa) de Brasil.

Más recientemente, la empresa entabló una colaboración con los investigadores Ligia Morganti y Carlos Roberto Jorge Soares, del Ipen, para producir la proteína spike del SARS-CoV-2 entera.

“Esta proteína es muy grande, y su expresión resulta difícil. La estamos produciendo en células humanas”, dijo Das Neves Oliveira.

La cultura de la innovación

Además de Biolinker y Timpel, otras empresas que han contado con el apoyo del PIPE-FAPESP se han destacado en el desarrollo de soluciones orientadas hacia el combate contra el COVID-19. Entre ellas se encuentran Biologix y Hoobox, ambas alojadas en Eretz, la incubadora de startups del Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE), uno de los mayores hospitales privados de Brasil.

Biologix desarrolló un sistema basado en internet de las cosas para el diagnóstico y el monitoreo de la apnea del sueño en el ambiente domiciliario, que resultó útil para el seguimiento remoto de pacientes con sospecha o con síntomas leves de COVID-19 y su derivación a hospitales solamente al detectarse que desmejoran sus signos clínicos (lea más en: agencia.fapesp.br/33162/). 

En tanto, Hoobox desarrolló en colaboración con una spin off del HIAE, la startup Radsquare, un sistema que de detección a distancia de pacientes con fiebre mediante inteligencia artificial y visión por computadora de reconocimiento facial. El mismo se ha venido utilizando en la referida institución hospitalaria para el monitoreo de visitantes (lea más en: agencia.fapesp.br/33063/). 

“Este sistema, que lleva el nombre de Fevver, se desarrolló en colaboración con el Hospital Israelita Albert Einstein”, dijo Rodrigo Bornhausen Demarch, director de innovación de la institución y cofundador y CEO de la healthtech Zetta Health Analytics.

De acuerdo con el ejecutivo, el área de innovación del HIAE es más conocida por la Eretz, pero la innovación en la institución va mucho más allá de esta y comienza en un área llamada Design Lab.

“Allí, en esa área, es donde las iniciativas de innovación empiezan a fomentarse dentro de la organización”, explicó Demarch.

En tanto, la gestión del proceso de innovación, de la propiedad intelectual, que incluye la transferencia y el licenciamiento de innovaciones tecnológicas, y el desarrollo de asociaciones con empresas y universidades, se lleva a cabo en el HIAE en un área denominada Business Technology Center (BTC).

Eretz es el tercer gran pilar de innovación del HIAE, según el ejecutivo. Concebida originalmente como una incubadora de startups, se transformó en un ecosistema de innovación y emprendimientos en salud que actualmente congrega a 76 empresas, de las cuales el 70 % actúan en salud digital, el 15 % en biotecnología y el resto se aboca al desarrollo de dispositivos médicos.

Las empresas incubadas reciben apoyo en marketing, desarrollo de negocios, capacitación, protección de la propiedad intelectual y captación de recursos de inversores ángeles y de agencias de fomento de la investigación y la innovación tecnológica.

“Las startups incubadas en el Eretz captaron más de 9 millones de reales en recursos para el desarrollo de soluciones orientadas hacia el combate contra el nuevo coronavirus”, dijo Demarch.

A su juicio, los emprendimientos de base tecnológica en salud en Brasil han llegado a un buen nivel de madurez. La sustentación en la ciencia resulta fundamental para desarrollar innovaciones en esa área, consignó.

“Una buena healthtech debe siempre apoyarse antes que nada sobre la ciencia, en la gran mayoría de los casos; y eso requiere de un proceso exploratorio, a los efectos de detectar un problema clínico aún no resuelto”, sostuvo.

Puede accederse al evento completo en el siguiente enlace: covid19.fapesp.br/empreendedorismo-cientifico-e-inovacao-em-resposta-a-covid-19/488.