El Centro Universitario de los Lagos (CULagos) de la Universidad de Guadalajara y el Grupo de Bioingeniería y Telemedicina (GBT) del Centro de Tecnología Biomédica (CTB), de la Universidad Politécnica de Madrid, iniciaron su colaboración a inicios del año 2014, cuando el Dr. Juan Onofre Orozco López era estudiante de la Maestría en Ciencia y Tecnología del CULagos y realizó una estancia de investigación con el GBT; desde entonces a la fecha, se han publicado conjuntamente al menos una decena de trabajos, de los cuales tres de ellos se encuentran en revistas indexadas en el Journal Citation Report (JCR), dentro de los cuartiles Q1 y Q2, con factores de impacto superiores a 3; así como 6 participaciones en publicaciones de memorias en extenso en congresos internacionales realizados en ciudades como Londres, Madrid, Guadalajara y Roma.
Recientemente, el Dr. Juan Onofre Orozco y el Dr. Carlos Eduardo Castañeda Hernández, investigadores del CULagos; junto con el Dr. Agustín Rodríguez Herrero, la Dra. Gema García Sáez y la Dra. Ma. Elena Hernando Pérez, por el lado del GBT; han publicado el artículo “Personalized hybrid artificial pancreas using unidirectional sliding-modes control algorithm”, en la revista Biocybernetics and Biomedical Engineering, 2022, de la editorial Elsevier (ISSN: 0208-5216, Vol. 42, Issue 4).[1] El artículo se encuentra disponible para ser consultado y descargado, por tiempo limitado, haciendo click aquí.
En este trabajo colaborativo se reportan resultados sobre el páncreas artificial, que es un artificio diseñado para restaurar la función endocrina del páncreas relacionada con la insulina y las subidas de glucosa. Desde hace más de 50 años se aplican algoritmos autónomos para dosificar adecuadamente la insulina con la intención de conseguir la normoglucemia en un paciente con diabetes tipo 1. La automatización de este proceso mejora la calidad de vida de los pacientes con diabetes, puesto que los libera de las continuas tomas de decisión sobre sus ingestas, ejercicio físico y la aportación requerida de insulina exógena.
Los algoritmos de control autónomos más utilizados proceden de sectores en los que se implementan para controlar variables de procesos industriales, por ejemplo: temperaturas, presiones, velocidades, etcétera. Su aplicación en procesos biomédicos requiere de la supervisión permanente por parte de un médico que, en el caso de aquellos de carácter ambulatorio, se trataría de una tarea tele asistida.
Una de las técnicas menos exploradas en la aplicación del páncreas artificial es el control no lineal por bloques, complementado con modos deslizantes unidireccionales (CNB-MDU), ya que se intenta restaurar la normoglucemia con solo la aplicación de insulina, dado que en la diabetes tipo 1 ésta es la hormona que no se produce de forma natural. Tal restricción, de modo unidireccional, obliga a complementar los algoritmos de control con sistemas de seguridad y con prealimentación. Los sistemas de seguridad modulan las decisiones del algoritmo de control en algunas condiciones determinadas, y la prealimentación hace uso de información extraordinaria relativa a las ingestas y el ejercicio físico.
El algoritmo de control no lineal por bloques con modos deslizantes unidireccionales, complementado y con prealimentación, es capaz de conseguir normoglucemia ante diversos planes de ingesta de alimentos, tal y como lo demuestra un trabajo de colaboración multicéntrico e internacional liderado por un equipo de investigadores e investigadoras en Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina del CIBER (CIBER-BBN), perteneciente al Centro de Tecnología Biomédica de la Universidad Politécnica de Madrid, España; y de investigadores del Centro Universitario de los Lagos (CULagos) de la Universidad de Guadalajara, Lagos de Moreno, Jalisco, México, que se ha publicado la revista Biocybernetics and Biomedical Engineering.
El páncreas artificial propuesto utiliza la función de la insulina como hormona responsable de corregir las subidas de glucosa y se vale de la información provista por las ingestas para ajustar las dosis a administrar previamente a las comidas principales. Los resultados del estudio fueron obtenidos in silico —a partir de una cohorte de pacientes virtuales generados mediante modelado matemático— y son comparables con aquellos conseguidos a través de terapia convencional por bomba (CSII, continuos subcutaneous insulin infusion) en escenarios de 21 días, durante los cuales los siete primeros no hay variaciones en la cantidad de carbohidratos (CHOs) ni en el horario; mientras que en los siguientes siete días sí se cuenta con alteraciones tanto en el horario como en la cantidad y, por último, en la última semana algunas jornadas se presentan transgresiones como son: olvidos del aviso por parte del paciente sobre el hecho de que va a realizar una ingesta; la imposibilidad de realizar una ingesta; y la realización de una comida copiosa. Por su parte, en las dos primeras semanas se distinguen los días laborables del fin de semana, ya que los hábitos alimenticios considerados cambian.
Los resultados mostraron que el CNB-MDU superó a la terapia CSII en todos los escenario, aumentando el tiempo en rango de normalidad (70-180 mg/dl), tanto en la primera semana con las ingestas esperadas (días laborables 74.9 vs 78.4; fines de semana 71.5 vs 73.4), como en la segunda semana con variabilidad en las comidas (días laborables 74.3 vs 77.6; fines de semana 71.6 vs 72.7) y en los casos con transgresión de olvido 50.1 vs 63.4, transgresión de omisión 78.2 vs 82.03 y transgresión de exceso 60.1 vs 63.4.[2]
[1] La revista Biocybernetics and Biomedical Engineering se encuentra en el primer cuartil del JCR con un factor de impacto de 5.687; el trabajo se envió a la revista por primera vez para su revisión por pares el 25 de mayo 2022; del cual se recibieron observaciones que fueron atendidas y devuelto a los revisores para su validación el 29 de septiembre, recibiendo la respuesta de aceptación del trabajo el 23 de octubre y la publicación del trabajo en la plataforma digital de la revista el 5 de noviembre de 2022. El trabajo puede ser seguido a través de su identificador digital https://doi.org/10.1016/j.bbe.2022.10.003.
[2] Artículo de referencia: Onofre Orozco-López, Carlos E. Castañeda, Gema García-Sáez, M. Elena Hernando, Agustín Rodríguez-Herrero, Personalized hybrid artificial pancreas using unidirectional sliding-modes control algorithm, Biocybernetics and Biomedical Engineering, Volume 42, Issue 4, 2022, Pages 1218-1235, ISSN 0208-5216, https://doi.org/10.1016/j.bbe.2022.10.003.
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Guadalajara, Jalisco, a 15 de diciembre de 2022