MUTANT, la herramienta de PROMISSE para caracterizar tejidos biológicos a distintas profundidades

Javier González Fernández y Natalia Arteaga Marrero, ingenieros del ITC e IACTEC, durante la inspección del fantoma realizado en el Laboratorio de Ingeniería Biomédica del ITC. Crédito: Enrique Villa
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El programa de IACTEC-Tecnología Médica, del Instituto de Astrofísica de Canarias, ha desarrollado un sistema multifrecuencia de microondas denominado PROMISSE (PROtotype for MIcrowave System for Subcutaenous anomaliEs), para la caracterización de tejidos biológicos a distintas profundidades. Este proyecto, que nace con el objetivo de transferir tecnología astrofísica al campo biomédico, forma parte del programa de Tecnología Médica integrado en IACTEC, el espacio de colaboración tecnológico y empresarial del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), que cuenta con el apoyo económico (Programa de Capacitación) y de infraestructuras (edificio IACTEC) del Cabildo Insular de Tenerife.

A raíz de este proyecto, IACTEC-Tecnología Médica ha puesto en marcha MUTANT (MUltimodal Tissue phANToms), una nueva línea de investigación para el desarrollo de componentes que emulan tejidos biológicos en la que se han diseñado y fabricado una serie de fantomas (phantoms) multimodales para aplicaciones médicas asociadas a las microondas y al ultrasonido. Estos materiales emulan las características dieléctricas de los tejidos biológicos, así como las propiedades acústicas y ecogenicidad típica de la imagen de ultrasonido, permitiendo, además de la calibración de los prototipos desarrollados, su utilización en una amplia gama de aplicaciones médicas.

Esta nueva línea de investigación ha permitido una estrecha colaboración con otros grupos de investigación y centros hospitalarios, como el Departamento de Ingeniería Biomédica del Instituto Tecnológico de Canarias (ITC) y los Departamentos de Neumología y Radiología del Hospital Universitario de Canarias (HUC).

Caracterización experimental de algunos de los fantomas fabricados en las modalidades de microondas (izquierda) y ultrasonido (derecha). Logotipo creado por PicPol. Crédito: Natalia Arteaga Marrero y Enrique Villa
Caracterización experimental de algunos de los fantomas fabricados en las modalidades de microondas (izquierda) y ultrasonido (derecha). Logotipo creado por PicPol. Crédito: Natalia Arteaga Marrero y Enrique Villa

“A través de los receptores de microondas desarrollados para el sistema PROMISSE podemos obtener medidas puntuales de la radiación natural de los tejidos en profundidad. Para calibrar el sistema tanto en profundidad como en temperatura se requiere el uso de fantomas. Estos nos permiten realizar pruebas experimentales a nivel de laboratorio previas al ensayo clínico. Además, en el desarrollo de los fantomas se busca dotarlos de multifuncionalidad para incrementar su aplicabilidad en el entorno médico”, explica Enrique Villa, ingeniero electrónico de IACTEC-Tecnología Médica.

“Los fantomas son componentes creados artificialmente y, en nuestro caso, están basados en un polímero, criogel de alcohol de polivinilo (PVA-C), al que se añaden otras sustancias comunes de bajo coste, como pueden ser azúcar o celulosa. El proceso de fabricación es muy versátil y dependiendo de la concentración de los constituyentes del fantoma, se pueden modificar sus características y así, simular diferentes tejidos blandos del cuerpo, como por ejemplo músculo o piel. Poseen una estructura gelatinosa y deformable, pero con una rigidez suficiente que permite la superposición de capas, es decir, es posible fabricar fantomas monocapa o multicapa en función de su aplicación final. Además, el uso de conservantes permite alargar su vida útil de meses a años, sin la necesidad de emplear tratamientos o condiciones especiales de almacenamiento”, señala Natalia Arteaga Marrero, ingeniera electromecánica de IACTEC-Tecnología Médica.

Ana Belén Llanos González (HUC), Javier González Fernández (ITC), Enrique Villa y Natalia Arteaga Marrero, ingenieros del grupo de Tecnología Médica del IACTEC, en el Laboratorio de Ingeniería Biomédica del ITC. Crédito: Javier González Fernández
Ana Belén Llanos González (HUC), Javier González Fernández (ITC), Enrique Villa y Natalia Arteaga Marrero, ingenieros del grupo de Tecnología Médica del IACTEC, en el Laboratorio de Ingeniería Biomédica del ITC. Crédito: Javier González Fernández

“Las ventajas de este material son múltiples: posee propiedades acústicas, mecánicas y eléctricas similares a las de los tejidos del cuerpo, es duradero, y es posible fabricar con él una gran variedad de réplicas de estructuras anatómicas”, indica Javier González Fernández, ingeniero del Departamento de Ingeniería Biomédica del ITC.

Estos fantomas tienen una aplicación directa en el campo de la medicina y, en la actualidad, se están desarrollando fantomas más complejos que puedan simular órganos internos, como podría ser el pulmón, y sus patologías asociadas. “La disponibilidad de estos fantomas de bajo coste implica contar con una herramienta muy interesante para la adquisición y mejora de habilidades en el uso clínico de la imagen ecográfica para intervenciones diagnóstico-terapéuticas”, asegura Ana Belén Llanos González, neumóloga del Departamento de Neumología del Hospital Universitario de Canarias.

Estos resultados se han conseguido gracias al respaldo del Cabildo Insular de Tenerife al amparo del Programa de Capacitación TFINNOVA 2016-2021, del Marco Estratégico de Desarrollo Insular (MEDI) y del Fondo de Desarrollo de Canarias.

 

Más información:

www.nature.com/articles/s41598-020-77368-5

https://www.archbronconeumol.org/es-pdf-X0300289620005430 (Página 289)

https://erj.ersjournals.com/content/56/suppl_64/2782

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0219997