Ingenieros negros trabajan para arreglar largas

Por Usha Lee McFarling

19 de agosto de 2022

Al igual que muchas personas negras, Kimani Toussaint se preocupó cuando se enteró de que los oxímetros de pulso en los que los médicos confiaban tanto para tratar y monitorear a los pacientes con covid-19 no funcionaban tan bien en pacientes de piel más oscura.

A diferencia de muchas personas negras, él podría hacer algo al respecto. Toussaint es un experto en óptica cuyo laboratorio en la Universidad de Brown crea técnicas de precisión para obtener imágenes y evaluar tejidos biológicos. Este era un problema para el que fue construido.

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Ahora Toussaint y su estudiante de doctorado Rutendo Jakachira están usando literalmente trucos de la luz para desarrollar un oxímetro de pulso de próxima generación que esperan funcione bien en pacientes de todos los tonos de piel, no solo en aquellos con piel más clara.

Mientras tanto, Valencia Joyner Koomson, profesora asociada negra de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Tufts, está trabajando en una solución diferente: dispositivos de oxímetro "inteligentes" que son adaptables y menos sensibles al tono de la piel.

Un resumen de las principales historias del día de STAT.

Tanto Toussaint como Koomson son rarezas; solo el 5% de la fuerza laboral de ingeniería de Estados Unidos es negra, y menos del 2% son mujeres negras. No se les escapa el hecho de que estos ingenieros negros están liderando la tarea de corregir una disparidad que ha existido y que los científicos blancos han ignorado en gran medida durante décadas. Para Toussaint, es un caso grave de miopía científica y un claro ejemplo de lo que se pierde cuando la mayoría de los científicos son blancos.

"No podemos decir nada sobre la intención de nadie, pero podemos hablar de que la estructura de la ciencia es una en la que no tienes una amplia diversidad, y luego tienes estos puntos ciegos", dijo Toussaint. "El tema de los oxímetros de pulso es absolutamente un ejemplo de diversidad en la ciencia".

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Los oxímetros de pulso, dispositivos médicos extremadamente básicos y ubicuos, no funcionan tan bien en personas con piel más oscura porque la melanina en la piel puede interferir con la absorción de luz que usan los dispositivos con clip para medir la cantidad de sangre oxigenada en el dedo de una persona. El problema puede conducir a lecturas en personas con piel más oscura que enmascaran niveles bajos de oxígeno posiblemente peligrosos. Cuando la esposa de Toussaint, epidemióloga, le contó sobre el problema al principio de la pandemia, se quedó atónito.

"Yo estaba como, ¿qué quieres decir con que nadie resolvió esto?" le dijo a STAT. "Dije: 'Espera un minuto, ¿es un dispositivo aprobado y nadie miró esto?'". Los dispositivos habían sido calibrados principalmente en pacientes con piel más clara y muchos fueron aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos a pesar de sus limitaciones en aquellos con piel más clara. piel oscura. En febrero de 2021, la agencia emitió un comunicado de seguridad alertando a médicos y consumidores que los dispositivos pueden no ser precisos en todos los pacientes.

Koomson, un experto en el uso de sistemas a micro y nanoescala para crear biosensores inteligentes para dispositivos de control de la salud de bajo costo, ha estado preocupado por la capacidad de los oxímetros de pulso para trabajar en pacientes con piel oscura durante más de una década, pero hasta hace poco había tenido problemas. problemas para llamar la atención sobre el problema, o investigación de fondos para ayudar a solucionarlo.

"En todos los libros de texto que revisé, nunca mencionan la absorción de melanina. El hecho de que se quedara fuera me preocupó", dijo. Koomson también había oído hablar de médicos que trabajaban en África que estaban frustrados porque había tan pocos datos de ensayos clínicos y pruebas de dispositivos disponibles para las poblaciones africanas.

Koomson recibió fondos para estudiar cómo monitorear mejor la oxigenación en los tejidos, una tarea mucho más difícil que medirla en la sangre, y siempre tuvo en cuenta la importancia de crear dispositivos que funcionaran en todos los tonos de piel, dijo. Pero las agencias de financiación tenían poco interés en mejorar los dispositivos actuales, dijo: "Obtener financiación para trabajar con oxímetros de pulso es difícil porque es una tecnología muy bien establecida".

El hecho de que los dispositivos funcionen peor en personas con piel más oscura se conoce desde hace décadas. Los primeros dispositivos creados por Hewlett Packard funcionaron muy bien en la mayoría de las personas, pero quedaron obsoletos debido a los dispositivos más nuevos y compactos que se usan en la actualidad. Muchos en ingeniería y medicina han aceptado durante mucho tiempo la mayor tasa de errores que ocurrieron en pacientes con piel más oscura y sintieron que no eran clínicamente relevantes.

"No hubo suficientes datos para mostrar que estos errores afectaron el tratamiento clínico. La gente podría decir que esto está dentro de un margen de error aceptable", dijo Koomson.

Pero una avalancha de nuevas investigaciones está desafiando ese punto de vista. Un estudio de la Universidad de Michigan que captó la atención generalizada en diciembre de 2020 mostró que los pacientes negros tenían tres veces más probabilidades que los pacientes blancos de tener "hipoxia oculta", niveles de oxígeno peligrosamente bajos que los oxímetros de pulso no detectan. Estudios posteriores demostraron que los pacientes con piel más oscura reciben menos oxígeno suplementario durante las estancias en la unidad de cuidados intensivos y que la hipoxia oculta es un problema en pacientes con piel más oscura incluso cuando no están en la UCI. Otro estudio mostró que los pacientes de piel más oscura tenían menos probabilidades de recibir tratamientos de vanguardia contra el covid-19.

Dado que el oxígeno es tan vital para la supervivencia y la salud de los órganos, los investigadores dicen que los problemas con los oxímetros de pulso pueden contribuir a peores resultados, como la muerte y la insuficiencia orgánica en pacientes con piel más oscura.

Esa investigación "ha puesto esto en primer plano", dijo Koomson. Ahora está trabajando en dispositivos que usan componentes listos para usar y, a diferencia de los dispositivos actuales, usan luces y sensores que se pueden adaptar para pacientes con diferentes colores de piel. El principal desafío, dijo, no está en crear los dispositivos, sino en probarlos, ya que eso debe hacerse en pacientes muy enfermos.

Adaptar la tecnología al color de la piel no es una idea nueva, dijo; se utiliza en la industria cosmética, por ejemplo, donde los láseres para la depilación se ajustan para evitar cicatrices en las personas con piel más oscura, y en la fotografía. "Cuando tomas una foto, ajustas la luz para obtener una imagen precisa", dijo. "Eso es lo que estamos haciendo: ajustar la luz".

Al igual que Toussaint, Koomson está de acuerdo en que el problema de los oxímetros de pulso destaca la necesidad de una mayor diversidad en la ingeniería. "Escuchas a la gente decir: 'Decidí dedicarme al cáncer de mama porque afectó a alguien cercano a mí'", dijo. "Los problemas que buscamos abordar son los que nos son cercanos y queridos".

Koomson no procedía de una familia científica o de ingenieros. Sus padres, que crecieron en antiguas plantaciones de aparcería en Carolina del Norte, emigraron a Washington, DC, en busca de oportunidades laborales. Su madre es peluquera y su padre es militar retirado. Lo que la atrajo a la ciencia, dijo, fueron los programas dirigidos por Howard y otras universidades para niños de secundaria del centro de la ciudad. Cuando comenzó la universidad en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, dijo: "Sentí que había entrado en otro mundo. Fue maravilloso".

Su familia tiene un historial de activismo por los derechos civiles y había participado en las sentadas de Greensboro, Carolina del Norte, en las tiendas de Woolworth. Koomson no solo trabaja en el laboratorio, sino que interactúa con los senadores y otros para impulsar la acción para mejorar los oxímetros de pulso. "Siento que esta es mi oportunidad de participar en el activismo", dijo.

Cuando se enteró del problema con los oxímetros de pulso en 2020, Toussaint, profesor y decano asociado senior de ingeniería en Brown, se puso manos a la obra. Jakachira, estudiante de segundo año de doctorado en física, se hizo cargo cuando se unió al laboratorio de Toussaint el año pasado.

Toussaint ha trabajado en todo tipo de problemas en la aplicación de la óptica a la medicina, y este no es fácil de solucionar, dijo. "Es un desafío óptico", dijo. Pero cree que es tratable y no dudó en comenzar a trabajar en ello debido a su conjunto de habilidades y la importancia del problema para la comunidad negra. "Para mí, fue una asombrosa alineación de circunstancias".

Toussaint siempre había estado interesado en la ciencia cuando era niño, desarmando objetos e intentando, no siempre con éxito, volver a armarlos, pero no se había dado cuenta de que la ciencia podía ser una carrera y rara vez veía a personas trabajando en ciencias que se parecían a él. “Cuando no ves a otros que se parecen a ti en un campo, tienes dudas sobre la pertenencia”, dijo.

Lo alentaron a ser médico, pero los hospitales y las agujas lo rechazaron. Atraído por las ciencias físicas, Toussaint asistió a la Universidad de Pensilvania y luego obtuvo una maestría y un doctorado. en ingeniería eléctrica en la Universidad de Boston. Casi todos sus profesores de ciencias eran blancos, pero buscó a los pocos mentores negros que pudo encontrar. “Cuando vi a los científicos negros, me acerqué a ellos y me mantuve en contacto”, dijo.

Las ciencias físicas, dijo, han sido durante mucho tiempo menos acogedoras para los estudiantes de color. Ahora que las personas en esos campos se han comprometido a hacerlo mejor en respuesta al movimiento Black Lives Matter, está observando qué cambio real ocurrirá. Está haciendo su parte, dijo, asesorando a estudiantes como Jakachira.

Originaria de Zimbabue, desafió los deseos de sus padres, que esperaban que se convirtiera en doctora, y eligió la física en su lugar. Pero dijo que estuvo a punto de abandonar su programa de posgrado en física porque los experimentos que estaba considerando realizar en física de la materia condensada (proyectos de investigación académica muy puros) no despertaban su interés.

Luego encontró el proyecto del oxímetro de pulso y no ha mirado atrás. "Este proyecto me mantuvo en mi programa de doctorado", dijo. "Es muy motivador trabajar en un proyecto que podría impactar directamente a las personas de mi comunidad". Está aún más convencida de que es importante estar donde está, trabajando como física negra. "Definitivamente somos raros", dijo Jakachira, "y aportamos una perspectiva diferente".

Lo que ella y Toussaint están haciendo (todo es muy técnico y un poco secreto ya que están solicitando una patente) es jugar con las propiedades eléctricas de la luz para que los sensores del dispositivo no se vean afectados por la melanina. Jakachiri está utilizando componentes listos para usar y luces LED como las que se usan en los oxímetros de pulso tradicionales para construir los dispositivos porque son baratos y se mantienen fríos al tacto. Su dispositivo experimental usa solo una longitud de onda de luz, no dos como la mayoría de los oxímetros de pulso, pero los investigadores creen que seguirá siendo más preciso.

Jakachira probó el dispositivo del tamaño de una caja de zapatos en voluntarios y presentó sus primeros resultados en una conferencia internacional sobre óptica. Los dos ahora están trabajando con colegas de la escuela de medicina de Brown para planificar ensayos clínicos del dispositivo en pacientes que están más enfermos y tienen una amplia gama de colores de piel. "Necesitamos estudiar esto no en voluntarios sanos, sino en personas que podrían estar hipóxicas", dijo Toussaint.

Los ensayos clínicos probablemente llevarán meses, dijo, y podrían conducir a mejoras en el dispositivo si no funciona tan bien como se esperaba. Si todo va bien, buscará asociaciones para miniaturizar la tecnología y crear dispositivos para uso del consumidor. Ese proceso normalmente puede llevar una década o más, pero Toussaint espera que sea más rápido. "Normalmente somos mucho más académicos. Investigamos y publicamos artículos y no pensamos en el aspecto del dispositivo", dijo Toussaint. "Pero esta es un área de investigación bastante urgente".

El trabajo realizado por Koomson, Toussaint y Jakachira es de importancia crítica, dicen los médicos que se han sentido frustrados al saber que los dispositivos funcionan menos bien en pacientes con piel más oscura y molestos porque el hecho no era parte de su formación médica.

"2020 fue la primera vez que aprendí sobre esto, y me entrené en el Bronx", dijo Utibe Essien, profesora asistente negra de medicina en la Universidad de Pittsburgh que ha estado practicando durante aproximadamente una década. "Ahora es el momento de ir más allá de describir estas disparidades. Es hora de comenzar a intervenir".

Muchos médicos dicen que ahora se están acercando a las lecturas de oxímetro de pulso de pacientes con piel más oscura con más precaución o recurriendo a extracciones de sangre arterial más dolorosas, algo que Thomas Valley, un neumólogo de la Universidad de Michigan que es uno de los principales investigadores sobre los problemas con los oxímetros de pulso, llama "soluciones subóptimas" que solo aumentan las disparidades de salud.

"Solo hay una verdadera solución al problema de los oxímetros de pulso inexactos y es tener mejores oxímetros de pulso en los que se pueda confiar sin importar el color de la piel", dijo Valley a STAT, aplaudiendo el trabajo en curso en Brown and Tufts. Si los fabricantes de dispositivos no abordan estos problemas, agregó, "entonces necesitamos que los investigadores tomen la iniciativa".

En junio, los funcionarios de la FDA dijeron que planeaban convocar una reunión pública a fines de este año para discutir si se necesitan más medidas regulatorias sobre el uso de los dispositivos.

Toussaint no está esperando. "Si podemos resolver esto, será increíble", dijo. "Estoy fuera de mí".

Esto es parte de una serie de artículos que exploran el racismo en la salud y la medicina financiados por una subvención del Commonwealth Fund.

Corresponsal Nacional de Ciencias

Usha Lee McFarling es corresponsal científica nacional de STAT con sede en Los Ángeles. Ella está examinando las desigualdades en salud y su costo.

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