Niveles de antibióticos medibles en el aliento por primera vez
Los investigadores prueban un biosensor para la dosificación personalizada de medicamentos
Un equipo de ingenieros y biotecnólogos de la Universidad de Friburgo ha demostrado por primera vez en mamíferos que es posible determinar la concentración de antibióticos en el organismo mediante muestras de aliento. Las mediciones del aliento también se corresponden con las concentraciones de antibióticos en la sangre. El biosensor del equipo -un chip multiplex que permite la medición simultánea de varias muestras y sustancias de prueba- permitirá en el futuro la dosificación personalizada de medicamentos contra enfermedades infecciosas in situ y ayudará a minimizar el desarrollo de cepas resistentes de bacterias.
El biosensor multiplex de microfluidos lleva proteínas unidas a una película de polímero que reconocen los antibióticos.
Patrick Seeger, Universität Freiburg
El sensor desarrollado por el grupo de investigación dirigido por el Dr. Can Dincer y H. Ceren Ates, del Centro de Materiales Interactivos y Tecnologías Bioinspiradas del FIT de Friburgo, y el Prof. Dr. Wilfried Weber, catedrático de Biología Sintética y miembro del equipo de ponentes del Clúster de Excelencia CIBSS - Centro de Estudios de Señalización Biológica Integrativa, se basa en proteínas sintéticas que reaccionan a los antibióticos y generan así un cambio de corriente. Los resultados de los investigadores se publican ahora en la revista Advanced Materials.
Hasta ahora los investigadores sólo podían detectar rastros de antibióticos en el aliento
Los investigadores probaron el biosensor en muestras de sangre, plasma, orina, saliva y aliento de cerdos que habían recibido antibióticos. Pudieron demostrar que el resultado obtenido con los biosensores en el plasma de los cerdos era tan preciso como el proceso estándar de los laboratorios médicos. Anteriormente, no era posible medir los niveles de antibióticos en muestras de aliento exhalado: "Hasta ahora los investigadores sólo podían detectar trazas de antibióticos en el aliento. Con nuestras proteínas sintéticas en un chip de microfluidos, podemos determinar las concentraciones más pequeñas en el condensado del aliento y se correlacionan con los valores de la sangre", explica Dincer.
El sensor ayudará a mantener estable el nivel de antibióticos en los enfermos graves
Los médicos necesitan mantener el nivel de antibióticos dentro de un rango terapéutico personalizado para los pacientes que sufren infecciones graves, ante el riesgo de amenazas como la sepsis y el fallo orgánico o incluso la muerte del paciente. Una administración inadecuada de antibióticos podría permitir que las bacterias muten de modo que los medicamentos dejen de funcionar: se vuelven resistentes. "La monitorización rápida de los niveles de antibióticos sería una gran ventaja en el hospital", dice Ates, "podría ser posible encajar el método en una máscara facial convencional". En otro proyecto de la Universidad de Friburgo, Dincer está desarrollando sensores de papel portátiles para la medición continua de biomarcadores a partir del aliento exhalado. Está previsto realizar ensayos clínicos para validar el biosensor de antibióticos probando el sistema con muestras humanas.
Proteínas bacterianas como sensor
El biosensor microfluídico lleva proteínas capaces de reconocer antibióticos betalactámicos, como la penicilina, adheridas a una película de polímero. El antibiótico de interés en la muestra y un betalactámico acoplado a una enzima compiten para unirse a estas proteínas bacterianas. Esta competición genera un cambio de corriente, como en una pila: cuanto más antibiótico hay en la muestra, menos producto enzimático se desarrolla, lo que conduce a una menor corriente medible. El proceso se basa en una proteína receptora natural que las bacterias resistentes utilizan para detectar los antibióticos que las amenazan. "Se podría decir que estamos ganando a las bacterias en su propio juego", dice Weber sobre el proceso desarrollado por su grupo.
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Publicación original
Ates, H.C., Mohsenin, H., Wenzel, C., Glatz, R., Wagner, H.J., Bruch, R., Höfflin, N., Spassov, S., Streicher, L., Lozano-Zahonero, S., Flamm, B., Trittler, R., Hug, M.J., Köhn, M., Schmidt, J., Schumann, S., Urban, G.A., Weber, W., Dincer, C.; "Biosensor-enabled multiplexed on-site therapeutic drug monitoring of antibiotics"; Advanced Materials; 2021
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