Integración de biosensores en lentillas inteligentes: identificación de biomarcadores y mecanismos de detección

Abstract

La búsqueda de métodos no invasivos y efectivos para el diagnóstico temprano de enfermedades neurodegenerativas, como el Alzheimer, Parkinson y Esclerosis Múltiple, se ha vuelto prioritaria dada su sintomatología grave y su repercusión en la calidad de vida. La detección precoz de biomarcadores en lágrimas, que poseen una relación directa con el Sistema Nervioso Central, presenta un avance prometedor. A pesar de los métodos actuales de recolección y análisis de biomarcadores en lágrimas, estos presentan limitaciones, motivando la exploración de lentes de contacto inteligentes como una alternativa continua y no invasiva. Este estudio se enfoca en realizar un análisis exhaustivo de la literatura existente sobre el desarrollo de sensores para lentes de contacto inteligentes. Se emplea una metodología de revisión bibliográfica sistemática, seguida de una evaluación crítica de la calidad metodológica de los estudios seleccionados. Los resultados revelan la presencia de varios biomarcadores en la película lagrimal, siendo Alzheimer y Parkinson las enfermedades propuestas para la detección debido a la necesidad de métodos diagnósticos no invasivos. Se seleccionaron biomarcadores clínicamente relevantes para cada enfermedad, como las proteínas beta-amiloide y la dopamina para Alzheimer y Parkinson, respectivamente. La evaluación de técnicas de medición destaca la eficacia de sensores electroquímicos, especialmente para la detección de dopamina. Sin embargo, se identifican limitaciones, como la necesidad de mayor uniformidad en las unidades de medida y el desarrollo de enfoques más sensibles y selectivos, especialmente para algunas biomoléculas como las bandas oligoclonales. Con base en estos hallazgos, se propone un diseño preliminar de lente de contacto inteligente para detectar dopamina en lágrimas basales. Este diseño integra un sensor electroquímico con electrodos de oro, grafeno o hidrogel, junto con técnicas de voltamperometría cíclica. Se sugiere la incorporación de un Circuito Integrado Específico de Aplicación (ASIC) para la gestión de energía y datos, así como el uso de lentes de contacto de hidrogel. Este análisis resalta la prometedora viabilidad de las lentes de contacto inteligentes como herramienta de vanguardia en la detección temprana de enfermedades neurodegenerativas, abriendo nuevas fronteras en el ámbito de la medicina preventiva y el cuidado de la salud.

The search of effective, non-invasive methods to early-diagnose neurodegenerative diseases is increasingly important due to their severe symptoms and impact on quality of life, especially in the case of Alzheimer's, Parkinson's, and Multiple Sclerosis. Early detection of biomarkers in tears, closely linked to the Central Nervous System, os a promising path. Yet, current methods for collecting and analysing tear biomarkers have limitations. Smart contact lenses overcome these limitations and offer a continuous and non-invasive alternative. This thesis aims to thoroughly analyze existing literature about sensors in smart contact lenses. Using a systematic literature review method and evaluating the methodological quality of selected studies, the research reveals the presence of many biomarkers in tears. Alzheimer's and Parkinson's diseases are identified as study diseases due to the urgent need for non-invasive diagnostic methods. Clinically relevant biomarkers for each disease, such as beta-amyloid proteins for Alzheimer's and dopamine for Parkinson's, were identified. The assessment of measurement techniques highlighted the effectiveness of electrochemical sensors, especially for dopamine detection. However, there are limitations, such as the need for more consistent measurement units and the development of more sensitive and selective methods, particularly for biomolecules like Oligoclonal Bands. Based on these findings, a preliminary design for a smart contact lens to detect dopamine in basal tears is proposed. This design integrates an electrochemical sensor with electrodes made of gold, graphene, or hydrogel, along with cyclic voltammetry techniques. Additionally, integrating a Specific Application Integrated Circuit (ASIC) for power and data management and using hydrogel contact lenses are recommended. This discussion underscores the promising potential of smart contact lenses as an advanced tool for early detection of neurodegenerative diseases, revolutionizing preventive medicine and healthcare.