Detectar moléculas individuales y diagnosticar enfermedades con un smartphone
Los investigadores demuestran que la luz emitida por una sola molécula puede detectarse con un montaje óptico de bajo coste. Su prototipo podría facilitar el diagnóstico médico
Los biomarcadores desempeñan un papel fundamental en el diagnóstico de las enfermedades y la evaluación de su evolución. Entre los marcadores que se utilizan actualmente están los genes, las proteínas, las hormonas, los lípidos y otras clases de moléculas. Los biomarcadores pueden encontrarse en la sangre, en el líquido cefalorraquídeo, en la orina y en varios tipos de tejidos, pero la mayoría de ellos tienen una cosa en común: se presentan en concentraciones extremadamente bajas y, por tanto, son técnicamente difíciles de detectar y cuantificar.
Imagen simbólica
Photo by NordWood Themes on Unsplash
Muchos procedimientos de detección utilizan sondas moleculares, como anticuerpos o secuencias cortas de ácidos nucleicos, diseñadas para unirse a biomarcadores específicos. Cuando una sonda reconoce y se une a su objetivo, las reacciones químicas o físicas dan lugar a señales de fluorescencia. Estos métodos funcionan bien, siempre que sean lo suficientemente sensibles como para reconocer el biomarcador correspondiente en un alto porcentaje de todos los pacientes que lo llevan en la sangre. Además, antes de que estas pruebas basadas en la fluorescencia puedan utilizarse en la práctica, los propios biomarcadores o sus señales deben ser amplificados. El objetivo final es permitir que el cribado médico se realice directamente en los pacientes, sin tener que enviar las muestras a un laboratorio lejano para su análisis.
Las antenas moleculares amplifican las señales de fluorescencia
Philip Tinnefeld, titular de la cátedra de Química Física de la LMU, ha desarrollado una estrategia para determinar los niveles de biomarcadores presentes en bajas concentraciones. Ha conseguido acoplar sondas de ADN a diminutas partículas de oro o plata. Los pares de partículas ("dímeros") actúan como nanoantenas que amplifican las señales de fluorescencia. El truco funciona como sigue: Las interacciones entre las nanopartículas y las ondas de luz entrantes intensifican los campos electromagnéticos locales, lo que a su vez provoca un aumento masivo de la amplitud de la fluorescencia. De este modo, se pueden detectar específicamente las bacterias que contienen genes de resistencia a los antibióticos e incluso los virus.
"Las nanoantenas basadas en el ADN se han estudiado durante los últimos años", afirma Kateryna Trofymchuk, coautora del estudio. "Pero la fabricación de estas nanoestructuras presenta desafíos". El grupo de investigación de Philip Tinnefeld ha conseguido ahora configurar con mayor precisión los componentes de sus nanoantenas y colocar las moléculas de ADN que sirven de sondas de captura en el lugar de amplificación de la señal. En conjunto, estas modificaciones permiten que la señal de fluorescencia se amplifique con mayor eficacia. Además, en el minúsculo volumen implicado, que es del orden de los zeptolitros (un zeptolitro equivale a 10-21 de un litro), se pueden capturar aún más moléculas.
El alto grado de control del posicionamiento es posible gracias a la nanotecnología del ADN, que aprovecha las propiedades estructurales del ADN para guiar el ensamblaje de todo tipo de objetos a nanoescala, en cantidades extremadamente grandes. "En una muestra, podemos producir simultáneamente miles de millones de estas nanoantenas, utilizando un procedimiento que consiste básicamente en pipetear unas cuantas soluciones juntas", dice Trofymchuk.
Diagnóstico rutinario en el smartphone
"En el futuro", dice Viktorija Glembockyte, también primera autora de la publicación, "nuestra tecnología podría utilizarse para pruebas de diagnóstico incluso en zonas en las que el acceso a la electricidad o a los equipos de laboratorio está restringido. Hemos demostrado que podemos detectar directamente pequeños fragmentos de ADN en el suero sanguíneo, utilizando un microscopio portátil basado en un smartphone que funciona con una fuente de alimentación USB convencional para controlar el ensayo". Los smartphones más recientes suelen estar equipados con cámaras bastante buenas. Aparte de eso, todo lo que se necesita es un láser y una lente, dos componentes fácilmente disponibles y baratos. Los investigadores de la LMU utilizaron esta receta básica para construir sus prototipos.
A continuación, demostraron que los fragmentos de ADN específicos de los genes de resistencia a los antibióticos de las bacterias podían detectarse con este sistema. Pero el ensayo podría modificarse fácilmente para detectar toda una serie de tipos de objetivos interesantes, como los virus. Tinnefeld es optimista: "El año pasado demostró que siempre se necesitan métodos de diagnóstico nuevos e innovadores, y quizá nuestra tecnología pueda contribuir algún día al desarrollo de una prueba de diagnóstico barata y fiable que pueda realizarse en casa".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Reciba la industria de las ciencias biológicas en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de biotecnología, productos farmacéuticos y ciencias de la vida le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
