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Biomedicina

Un escáner tamaño iPhone abrirá una ventana al interior del cuerpo en 3D

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El dispositivo se basará en untrasonidos incorporados a un chip y costará alrededor de 100 euros

  • por Antonio Regalado | traducido por Lía Moya
  • 04 Noviembre, 2014

Dibujo: Jonathan Rothberg

El emprendedor Jonathan Rothberg está desarrollando un escáner del tamaño de un iPhone que se puede colocar delante del pecho para ver una imagen 3D clara y en movimiento de lo que hay dentro.

Rothberg afirma que ha recaudado 100 millones de dólares (unos 78 millones de euros) para crear un dispositivo médico de toma de imágenes que es casi "tan barato como un estetoscopio" y que hará "a los médicos 100 veces más eficaces". La tecnología que, según los documentos presentados a la oficina de patentes, se basa en un nuevo tipo de chip de ultrasonido, podría dar lugar a nuevas formas de destruir células cancerígenas mediante calor o de transmitir información a las células del cerebro.

Rothberg tiene cierta habilidad para emparejar la tecnología de los semiconductores con los problemas de la biología. Ya ha fundado y vendido dos empresas de secuenciación de ADN, 454 y Ion Torrent Systems por más de 500 millones de dólares (unos 390 millones de euros). Esos beneficios han permitido a Rothberg, quien se presentó a la entrevista vestido con unos pantalones caqui desgastados y un cinturón de marinero hecho trizas, surcar el océano en un yate de 40 metros de eslora bautizado como Gene Machine (Máquina de Genes) y disfrutar de aficiones como la secuenciación del ADN de genios matemáticos.

El sistema de toma de imágenes lo está desarrollando Butterfly Network, una empresa creada hace tres años que es la que está en fase más avanzada de los varios emprendimientos que saldrán de 4Combinator, una incubadora de start-up creada por Rothberg para arrancar y financiar empresas que combinan los sensores médicos con una rama de la ciencia de la inteligencia artificial conocida como aprendizaje profundo.

Rothberg no explica exactamente cómo funcionará el dispositivo de Butterfly o qué aspecto tendrá. "Los detalles se conocerán cuando estemos subidos al escenario vendiéndolo. Eso es algo que sucederá dentro de los próximos 18 meses", afirma. Pero Rothberg garantiza que será pequeño, costará unos cientos de dólares, se conectará a un teléfono y será capaz de hacer cosas como diagnosticar un cáncer de mama o visualizar a un feto.

Las solicitudes de patente de Butterfly describen su objetivo como la construcción de nuevos escáneres ecográficos ultrasonidos compactos y versátiles capaces de crear imágenes en 3D en tiempo real. Si lo colocas delante del pecho de alguien, mirarás a través de lo que "parece una ventana" al interior del cuerpo, según los documentos.


Gráficos: Bocetos del concepto presentados con la solicitud de patente de Butterfly Network que muestran ideas para un pequeño dispositivo de ecografía 3D.

Gracias a los 100 millones de dólares (unos 78 millones de euros) proporcionados por Rothberg y otros inversores, entre ellos la Universidad de Stanford (EEUU) y Aeris Capital de Alemania, parece que Butterfly es la empresa que más apuesta por una tecnología emergente en la que emisores de ultrasonidos se graban directamente sobre una oblea semiconductora junto a los circuitos y procesadores. Los dispositivos se conocen por el nombre de CMUTs, siglas en inglés de transductores ultrasónicos capacitivos micromecanizados.

La mayoría de las máquinas de ultrasonidos usan pequeños cristales o cerámicas piezoeléctricas para generar y recibir ondas de sonido. Pero hay que conectar estas piezas cuidadosamente y después engancharlas mediante cables a una caja aparte para procesar las señales. Cualquiera capaz de integrar elementos de ultrasonido directamente en un chip de ordenador podría fabricarlos a un coste lo suficientemente barato como para producir grandes tandas y crear más fácilmente las series necesarias para producir imágenes en 3D.

Las ecografías son el tipo de prueba de imagen más utilizado por los médicos, para ver a los bebés durante el embarazo o para encontrar tumores en tejidos blandos como el hígado, y más recientemente, para tratar el cáncer de próstata calentando las células mediante ondas de sonido.

La idea de los chips ultrasónicos micromecanizados se retrotrae a 1994, cuando el profesor de Stanford que asesora a la empresa de Rothberg, Butrus Khuri-Yakub, creó el primero. Pero ninguno ha tenido éxito comercial a pesar de una década de interés por parte de las empresas, entre ellas General Electric y Philips. Y todo porque los fabricados hasta la fecha son poco fiables y difíciles de producir.

"La visión para este producto lleva muchos años rondando. Queda por ver si alguien puede convertirlo en una realidad validada por el mercado", afirma el director de Diseño de Circuitos de Chirp Microsystems, Richard Przybyla, cuya start-up de Berkeley (EEUU) desarrolla sistemas de ultrasonido que permiten a los ordenadores reconocer gestos humanos. "Quizá lo que haya faltado siempre ha sido una gran inversión y un equipo dedicado por completo a ello".

Rothberg explica que le interesó la tecnología de ultrasonidos porque su hija mayor, ahora estudiante universitaria, tiene esclerosis tuberosa. Es una enfermedad que produce ataques y el crecimiento de peligrosos quistes en los riñones. En 2011 subvencionó un proyecto llevado a cabo en Cincinnati (EEUU) para probar si los pulsos de ultrasonidos de alta intensidad podrían destruir tumores en los riñones calentándolos.

Lo que observó le llevó a concluir que había margen para mejorar. El equipo, formado por una máquina de resonancia magnética para ver los tumores y una sonda de ultrasonidos para calentarlos, costaba millones de dólares pero no era especialmente rápido, más bien como "una impresora láser que tarda ocho días en imprimir y que produce una imagen que parece dibujada por mis hijos con sus ceras", afirma. "Me decidí a hacer una versión low-cost de esta máquina que cuesta 6 millones de dólares (unos 4,7 millones de euros), hacerla mil veces más barata, mil veces más rápida y cien veces más precisa.

Rothberg afirma que la tecnología de Butterfly cuenta con una "salsa secreta", pero no la quiere revelar. Este ingrediente secreto puede tener que ver tanto con un diseño ingenioso del dispositivo y los circuitos como, con haber superado los límites físicos y problemas de fabricación con los que la tecnología CMUT se ha enfrentado hasta la fecha.

Uno de los motivos que da pie a pensar en esta posibilidad es que el cofundador de la empresa, Nevada Sánchez, ya ayudó a los cosmólogos a diseñar un telescopio de radio mucho más barato con un truco para el procesado de señales llamado red mariposa, que es el origen del nombre de la start-up. También trabaja para la empresa Greg Charvat, que se unió a ella desde el laboratorio Lincoln del Instituto de Tecnología de Massachusetts (EEUU), donde desarrolló un radar capaz de ver cuerpos humanos incluso a través de gruesas paredes de piedra.

Durante una visita a la sede de 4Combinator, situada dentro de un puerto deportivo de Guilford (EEUU) Charvat y Sanchez me mostraron una imagen de un centavo tan detallada que se podía leer las letras y números. Habían tomado la imagen esta primavera usando un prototipo de chip. "La industria de los ultrasonidos está estancada en la década de 1970. General Electric y Siemens están trabajando con conceptos anticuados", afirma Charvat. Gracias a la fabricación de chips y a unas cuantas nuevas ideas del radar, explica, "podemos tomar imágenes más rápido, con un campo de visión más amplio y conseguir resoluciones de milímetros a micrómetros".

La ecografía funciona lanzando sonido y capturando el eco. También puede crear haces de energía concentrada, y los dispositivos basados en chips podrían acabar dando lugar a nuevos sistemas para matar células tumorales o formas de transmitir información al cerebro (hace poco se descubrió que las neuronas se pueden activar mediantes ondas de ultrasonidos).

Rothberg afirma que su primer objetivo será vender un sistema de toma de imágenes lo suficientemente barato como para usarse incluso en los rincones más pobres del mundo. Afirma que el sistema dependerá mucho del software, de técnicas desarrolladas por investigadores en inteligencia artificial, para cribar bancos de imágenes y extraer características clave que sirvan para automatizar los diagnósticos.

"Queremos que funcione como 'panorama' en un iPhone, explica, refiriéndose a la función del smartphone que guía al fotógrafo para moverse en torno a un paisaje y compone automáticamente una imagen completa del mismo. Pero además de reconocer objetos -las partes del cuerpo en el caso de un examen prenatal- y ayudar al usuario a localizarlos, Rothberg afirma que el sistema también llegaría a conclusiones diagnósticas preliminares basándose en software comparador de patrones.

"Cuando tengamos miles de estas imágenes creo que será mejor que un humano a la hora de decir ¿Este niño tiene síndrome de Down o un labio leporino?' Y cuando la gente no tenga tiempo, será superhumano", afirma Rothberg. "Conseguiré que un técnico pueda hacer este trabajo".

Rothberg explica que su incubadora ha financiado otras tres empresas además de Butterfly, a las que ha dado entre 5 y 20 millones de dólares en capital semilla respectivamente (entre 3,9 y 15,6 millones de euros). Entre ellas hay una empresa de biotecnología, Lam Therapeutics, que trabaja sobre tratamientos relacionados con la esclerosis tuberosa; Hyperfine Research, una start-up secreta que aún no ha dicho que tipo de tecnología desarrolla; y otra empresa que aún no tiene nombre.

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