Universidad
Politécnica de Madrid

16.04.2018

La reducción de los niveles de glóbulos blancos tras un tratamiento de quimioterapia causa cada año más de 250.000 infecciones de diversa gravedad en Europa. Conocer en tiempo real si este efecto secundario de la quimioterapia se está produciendo en el paciente podría reducir estas complicaciones en más de la mitad de los casos, mediante el empleo de antibióticos profilácticos o medicamentos que inducen el crecimiento de estas células. Un equipo de investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid y del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) ha desarrollado un dispositivo portátil que podría usarse para controlar los niveles de glóbulos blancos desde casa, sin necesidad de adquirir muestras de sangre.

Según los investigadores, el dispositivo podría prevenir miles de infecciones cada año entre pacientes de quimioterapia. Mediante un prototipo portátil,  se toman imágenes de vídeo de las células sanguíneas que fluyen a través de los capilares de la superficie de la piel, justo al comienzo de la uña. Después, un algoritmo informático analiza estas imágenes y determina si los niveles de glóbulos blancos están por debajo de un umbral que los médicos consideran peligroso.

“La tecnología que hemos utilizado consiste en un microscopio de campo amplio que emite luz azul, penetrando entre 50 y 150 micras por debajo de la piel. De este modo obtenemos imágenes de lo que conocemos como el lecho ungueal una zona en la que  los capilares están ubicados muy cerca de la superficie de la piel. Estos capilares son tan estrechos que los glóbulos blancos deben pasar de uno en uno, haciéndolos más fáciles de ver. La tecnología no proporciona un recuento preciso de glóbulos blancos, pero revela si los pacientes están por encima o por debajo del umbral considerado peligroso, definido como 500 neutrófilos (el tipo más común de glóbulos blancos) por microlitro de sangre.”, explica Carlos Castro-González, doctor de la Universidad Politécnica de Madrid y líder del equipo de investigación.

Foto: Los investigadores del MIT han desarrollado una forma de medir los niveles de glóbulos blancos mediante imágenes de células que fluyen a través de los capilares. Las imágenes (a)-(e) ilustran el paso de una célula a través de un capilar.

"Nuestro objetivo es que los pacientes tengan este dispositivo portátil que puedan llevarse a casa, y monitorizar diariamente cómo están reaccionando al tratamiento. Si están por debajo del umbral, entonces se podría administrar un tratamiento preventivo", añade el investigador de la UPM.

Previniendo infecciones

Los expertos comenzaron este proyecto hace casi cuatro años como parte del Consorcio M+Visión de Madrid-MIT. El programa cuenta con postdocs de todo el mundo para tratar de resolver los problemas no resueltos y de alto impacto a los que se enfrentan los médicos y hospitales. “Visitamos el Departamento de Oncología de un hospital madrileño y nos dimos cuenta de que los bajos niveles de glóbulos blancos en los pacientes los estaban haciendo susceptibles a infecciones poniendo incluso en peligro su vida”, relata Castro-González.

En media, los pacientes reciben una dosis de quimioterapia cada 21 días. Después de cada una de las sesiones, sus niveles de glóbulos disminuyen de forma considerable  dejando al paciente más expuesto a una infección, y luego aumentan de manera gradual. Sin embargo, actualmente los médicos solo analizan las defensas de estos pacientes justo antes de una nueva dosis, por lo que no tienen forma de saber si los niveles de glóbulos blancos caen a niveles peligrosos después de un tratamiento. Conocer estos datos, les permitiría tratar al paciente con antibióticos profilácticos o medicamentos que inducen el crecimiento de los glóbulos blancos, reduciendo a la mitad las infecciones en esta población.

"En Estados Unidos, uno de cada seis pacientes de quimioterapia termina hospitalizado por causa de una de estas infecciones, debido a niveles de glóbulos blancos particularmente bajos", dice Castro-Gonzalez. Estas complicaciones producen largas y costosas hospitalizaciones y en un 7% de los casos, los pacientes llegan a fallecer. Además, en muchas ocasiones estas circunstancias llevan a que el paciente pierda la siguiente dosis de quimioterapia, retrasando también su tratamiento contra el cáncer”, añade.  

La inteligencia artificial cuenta los glóbulos blancos

Durante el estudio, que acaba de publicarse en Scientific Reports, los investigadores probaron el dispositivo en 11 pacientes del Hospital General de Massachusetts y el Hospital Universitario La Paz de Madrid, todos ellos con un tratamiento con quimioterapia.  

El trabajo demostró una precisión del 95 por ciento para determinar si los niveles de glóbulos blancos de un paciente estaban por encima o por debajo del umbral.

Para obtener las medidas, los investigadores graban un minuto de vídeo por paciente. Tres personas independientes examinaban los vídeos sin conocer su estado inmunológico y anotaban cada vez que observaban un glóbulo blanco. Sin embargo, desde que presentaron su artículo, los investigadores han estado desarrollando algoritmos de ordenador para realizar la misma tarea automáticamente.

Foto: El dispositivo prototipo desarrollado puede visualizar glóbulos blancos que están fluyendo a través de los capilares.

"Basándonos en el conjunto de características que nuestros evaluadores humanos identificaron, ahora estamos desarrollando un algoritmo de inteligencia artificial y de visión artificial, con resultados preliminares que indican la misma precisión que los evaluadores", dice Aurélien Bourquard, investigador del grupo Tecnologías de Imágenes Biomédicas (BIT) en la Universidad Politécnica de Madrid y primer firmante del trabajo. La profesora María Jesús Ledesma Carbayo, el doctorando Alberto Pablo Trinidad, ambos pertenecientes al BIT, y los colaboradores Ian Butterworth y Álvaro Sánchez-Ferro del MIT, son otros de los investigadores participantes en este trabajo.

En vías de comercialización

El equipo de investigación ha solicitado patentes sobre la tecnología y ha lanzado una compañía llamada Leuko Labs, que está trabajando en comercializar esta tecnología que  Carlo Brugnara, profesor de patología en la Facultad de Medicina de Harvard y el Hospital Infantil de Boston, describe como "excepcionalmente prometedora". Leuko Labs, resultó además ganadora del Primer Premio en la II edición del UPM_innovatech 2T Challenge, la iniciativa del Programa de innovación y comercialización de tecnologías UPM_innovatech, que premia las tecnologías más innovadoras de la universidad, y que durante los próximos días lanzará una nueva edición.

"Tener un método no invasivo que le permita, en un corto período de tiempo, ver cuántos glóbulos blancos hay en un paciente determinado sería una gran mejora", dice Brugnara, que no participó en la investigación.

Para ayudar a que la tecnología avance hacia la comercialización, los investigadores están construyendo un nuevo prototipo automatizado. "Automatizar el proceso de medición es clave para hacer un dispositivo de uso doméstico viable", dice Ian Butterworth, uno de los investigadores del MIT que han participado en su desarrollo. "Las imágenes deben ser recogidas en el lugar correcto del dedo del paciente, y el funcionamiento del dispositivo debe ser lo más sencillo posible".
Usando este nuevo prototipo, los investigadores planean probar el dispositivo en más pacientes con cáncer. También están investigando si se pueden obtener resultados precisos con vídeos de corta duración.

“El siguiente paso será adaptar la tecnología para que se puedan generar recuentos de glóbulos blancos más precisos, lo que sería útil para controlar a pacientes sometidos a trasplantes de médula ósea o a personas con ciertas enfermedades infecciosas”, dice Castro-González.  

Pero además de prevenir las infecciones, el dispositivo también podrá ayudar a los médicos a decidir si un paciente está listo para recibir su próxima dosis de quimioterapia antes de que hayan transcurrido esos 21 días.

"Hay un equilibrio al que los oncólogos deben llegar", dice Sánchez-Ferro. "Normalmente, los médicos quieren que la quimioterapia sea lo más intensa posible, pero sin que las personas estén inmunosuprimidas. Los ciclos actuales de 21 días se basan en estadísticas de lo que la mayoría de los pacientes puede tolerar, pero si estás listo antes, entonces es posible que te administren tu siguiente dosis con antelación y eso se traduzca en una mejor supervivencia".

La investigación fue financiada por el Consorcio M+Visión Madrid-MIT, el Programa FP7-PEOPLE-2011-COFUND de la UE, la Fundación Ramón Areces, el Centro CFTCC del NIH, el Deshpande Center del MIT, la Fundación Wallace H. Coulter en BU, el Programa de Oportunidades de Investigación de Pregrado del MIT (UROP) y el Fondo de Innovación MIT Sandbox.