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Umut Gurkan, 32

Ha diseñado un biochip para predecir las crisis de dolor en la anemia falciforme y monitorizar su tratamiento

Una sola mutación en el gen responsable de fabricar la hemoglobina, la proteína que transporta el oxígeno a los tejidos del cuerpo, provoca el sufrimiento de los 3 millones de personas que padecen anemia falciforme en el mundo. Estos individuos sufren intensas crisis de dolor debido a que una parte de los glóbulos rojos de su sangre cambia de forma: se vuelven alargados y pegajosos y bloquean los capilares por los que transitan. Como consecuencia, el oxígeno no llega de forma normal a los tejidos, lo que provoca dolor, daños a los órganos, úlceras en la piel y puede llevar a la ceguera e incluso a complicaciones potencialmente mortales como el síndrome torácico agudo y el infarto.

Todas estas complicaciones las conoce bien Umut Gurkan, un joven ingeniero biomédico turco que está tratando de desarrollar una tecnología con la que paliar el sufrimiento de estos pacientes y entender mejor su dolencia. La anemia falciforme es el tipo de enfermedad sanguínea hereditaria más común y además, según explica Gurkan, afecta de manera desproporcionada a las zonas con menos recursos. "En África nacen 800 bebés con esta enfermedad cada día y más de la mitad mueren durante la niñez debido a la falta de diagnóstico temprano y tratamiento", asegura el joven, que es actualmente profesor asociado en la Universidad Case Western Reserve (EEUU).

La duración, intensidad y frecuencia de los episodios de dolor que sufren los pacientes dependen de cada individuo y son muy difíciles de predecir con los medios actuales. Estas crisis pueden producirse seis o siete veces al año, o muchas más; durar unas pocas horas o hasta dos semanas. Normalmente quienes las padecen necesitan ser hospitalizados y tratados con oxígeno suplementario y un medicamento llamado hidroxiurea, que reduce la oclusión de los vasos sanguíneos. Según Gurkan, este fármaco ha sido eficaz para reducir la frecuencia de estos episodios en aproximadamente la mitad de los pacientes con anemia falciforme; no obstante, no existe todavía un tratamiento que pueda eliminarlos completamente.

De hecho, la principal complicación para los médicos es que resulta difícil anticipar cuándo se producirán y saber cuándo están remitiendo. Los análisis de sangre convencionales no aportan información útil al respecto, ya que permiten medir la cantidad de células sanguíneas y su volumen, pero no dan datos sobre su forma o sobre si son más "pegajosas". Los facultativos sólo saben que el tratamiento ha funcionado en un paciente cuando el dolor empieza a remitir, y desconocen cuando se producirá el siguiente episodio agudo.

Detectar células viscosas

Para solventar estos problemas, Gurkan está desarrollando un chip microfluídico que funciona con una sola gota de sangre del paciente. En él la muestra circula por unos finos canales que imitan los capilares sanguíneos y en los que "es posible medir las propiedades biofísicas de los glóbulos rojos de forma fiable", explica el joven. Gracias a esta herramienta los médicos -e incluso los propios pacientes- podrían detectar en minutos si su sangre se está volviendo viscosa y empezando a taponar los vasos, antesala de la falta de oxígeno que mata tejidos y provoca las crisis de dolor.

En un glóbulo rojo sano la hemoglobina se distribuye de forma homogénea por toda la célula. Sin embargo, en las personas con anemia falciforme la estructura de la proteína está alterada debido a la mutación en el gen responsable de fabricarlas. "Uno de sus aminoácidos está descolocado, y como consecuencia la hemoglobina cristaliza formando largas cadenas poliméricas dentro de las células", explica Gurkan.

Como si se tratara de agua líquida que se convierte en hielo dentro de un recipiente y lo rompe al aumentar de volumen, la hemoglobina cristalizada en los glóbulos rojos los deforma y daña. "Estos cambios hacen también que sean más rígidos y pegajosos, lo que causa el bloqueo del flujo sanguíneo hacia los tejidos y órganos", añade Gurkan.

El dispositivo microfluídico que este joven está creando dispone de varios canales más finos que un cabello humano cuyo revestimiento es similar al de los capilares. Así, los glóbulos rojos de la sangre que se deposita en el chip pueden interaccionar con sus paredes de forma similar a como sucede dentro del organismo. Las células viscosas características de la anemia falciforme se adhieren a la pared de los microcanales y son posteriormente analizadas y cuantificadas.

Según Gurkan, todo este proceso no lleva más de 10 minutos y permite monitorizar el estado de los glóbulos rojos justo después de haberse administrado al paciente la terapia contra la crisis de dolor. Esto permite al médico comprobar si está siendo eficaz y personalizar el tratamiento en el futuro.

Gurkan se licenció en Ingeniería Química en la Universidad Técnica de Medio Oriente (Turquía) y realizó su doctorado en Ingeniería Biomédica en la Universidad de Purdue (EEUU). Tras una estancia posdoctoral en la Escuela de Medicina de Harvard (EEUU), comenzó a trabajar en el Departamento de Ortopedia de la Universidad Case Western Reserve con el objetivo de abordar "problemas de salud significativos en la sociedad" a partir de su experiencia en microfluídica y mecánica celular y de tejidos. La anemia falciforme, una enfermedad con implicaciones en el sistema músculo-esquelético y cuyas consecuencias están directamente relacionadas con las propiedades físicas de los glóbulos rojos, le dio la oportunidad que buscaba.

Una vez que termine de desarrollar el chip y esté seguro de que puede relacionar las mediciones hechas con él con la salud de los pacientes, el próximo objetivo de Gurkan será "hacer esta tecnología móvil, más asequible y fácil de usar y verla aplicada en regiones de escasos recursos", explica. Además, Gurkan espera que pueda utilizarse para otras enfermedades de la sangre como la beta-talasemia -común en Turquía-, la esferocitosis hereditaria y la policitemia vera. En estos casos, el joven indica que tendrían que utilizar un enfoque diferente al empleado con la anemia de células falciformes e incorporar métodos centrados en determinar las características de la hemoglobina, en lugar de las de los glóbulos rojos.

Por el momento, continuará trabajando al menos 3 años en su biochip para monitorear la salud de los pacientes con anemia falciforme, un proyecto para el que ya ha recibido 500.000 dólares de financiación por parte de la Fundación Doris Duke.

En opinión del catedrático de Ingeniería Biomédica en el Hospital General de Massachusetts (EEUU) y la Universidad de Medicina de Harvard, Mehmet Toner, que miembro del jurado de los premios MIT Technology Review Innovadores menores de 35 Turquía, el chip para diagnóstico de anemia de células falciformes creado por Gurkan demuestra "una visión general creativa" y es "de vital importancia, especialmente en aplicaciones de salud mundiales". - Elena Zafra