Nuevo método de detección rápida y rentable de patógenos
Sistema de pruebas del tamaño de la palma de la mano que puede realizar simultáneamente hasta treinta y dos análisis de una muestra
La capacidad de detectar enfermedades en una fase temprana o incluso predecir su aparición sería muy beneficiosa tanto para médicos como para pacientes. Un equipo de investigación dirigido por la Dra. Larysa Baraban en el Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) desarrolla dispositivos y sistemas biosensores inteligentes y miniaturizados que utilizan nanomateriales para determinar biomoléculas y células, así como reacciones o procesos bioquímicos como marcadores de enfermedades. La publicación actual del equipo en Biosensors and Bioelectronics describe el desarrollo de un sistema de pruebas portátil, del tamaño de la palma de la mano, que puede realizar simultáneamente hasta treinta y dos análisis de una muestra.
Existen varias posibilidades y mecanismos para detectar patógenos en los fluidos corporales. Una opción que Baraban investiga en el HZDR-Instituto de Investigación Radiofarmacéutica del Cáncer es la detección mediante transistores de efecto de campo (FET) del ámbito de la electrónica. El principio de funcionamiento es sencillo: una corriente eléctrica definida fluye de A a B. Esta corriente puede regularse mediante el potencial eléctrico en la superficie de una compuerta, que funciona como una válvula precisa y continua. Las biomoléculas patógenas se unen a la superficie de la compuerta y modifican el potencial eléctrico y, por tanto, también la corriente. Si no se produce ningún cambio significativo en la corriente, no hay biomoléculas unidas a la superficie del sensor. Por otro lado, un cambio en la corriente significa que se pueden detectar moléculas relacionadas con la enfermedad en la superficie del sensor. Estos biosensores pueden diseñarse para detectar específicamente diferentes biomoléculas. Diferentes patógenos provocan diferentes potenciales eléctricos y, por tanto, diferentes corrientes. Las células cancerosas provocan corrientes diferentes que, por ejemplo, un virus de la gripe.
Desarrollo de transistores reutilizables
La principal desventaja de los biosensores electrónicos tradicionales basados en FET es que las superficies de prueba no son reutilizables, y todo el transistor debe desecharse después de cada muestreo. Como los transistores contienen materiales semiconductores costosos, este proceso es caro y perjudicial para el medio ambiente. Por eso, Baraban y su Departamento de Nano-Microsistemas para las Ciencias de la Vida fueron un paso más allá e intentaron medir los cambios de potencial no directamente en la superficie del transistor, sino en un electrodo separado que está conectado a la puerta del transistor. "Esto nos permite utilizar el transistor varias veces. Separamos la puerta y nos referimos a ella como una 'puerta extendida', es decir, una extensión del sistema de prueba".
Pero eso no es todo. El equipo pensó aún más allá y asumió otro reto: "Por supuesto, nos gustaría que este sistema realizara varios análisis al mismo tiempo". Los investigadores consiguieron desarrollar puertas ampliadas con treinta y dos almohadillas de prueba. Baraban explica: "Esto significa que una muestra puede analizarse simultáneamente en cada una de las almohadillas para detectar un patógeno diferente".
Los científicos demostraron por primera vez el principio de funcionamiento utilizando interleucina-6 (IL-6), una molécula responsable de la comunicación entre células inmunitarias. "Tanto si se trata de un simple resfriado como de un cáncer, la concentración de IL-6 cambia. Las distintas enfermedades, así como los distintos estadios de una enfermedad, producen cuadros clínicos diferentes. Por eso la IL-6 es muy adecuada como marcador".
Nanopartículas para aumentar la sensibilidad
Para que el método fuera aún más sensible, el equipo de Baraban también utilizó nanoestructuras. Las nanopartículas concentran o localizan la carga para amplificar la señal de voltaje. "La sensibilidad de las pruebas es considerablemente mayor que cuando trabajamos sin nanopartículas". Como ya existen en el mercado kits de nanopartículas listos para usar en investigación, este método es sencillo de utilizar. Los científicos del HZDR trabajan actualmente con nanopartículas de oro. En el futuro, también les gustaría estudiar otras nanopartículas.
Como resultado de la investigación actual, se ha creado un sistema de prueba funcional y manejable, compuesto por un transistor y treinta y dos almohadillas de prueba, con el que se pueden detectar diferentes patógenos en muy poco tiempo. En el futuro, el sistema de pruebas descrito podría utilizarse, por ejemplo, para controlar el progreso de las inmunoterapias en pacientes con cáncer. Otra posibilidad sería predecir la gravedad y el curso de una enfermedad vírica, como la gripe o la COVID-19, en su mismo inicio. En comparación con las tecnologías existentes, el nuevo sistema es más rentable y rápido. Por eso, Baraban y su equipo esperan ahora el interés del sector comercial.
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
Željko Janićijević, Trang-Anh Nguyen-Le, Ahmed Alsadig, Isli Cela, Rugilė Žilėnaite, Taufhik Hossain Tonmoy, Manja Kubeil, Michael Bachmann, Larysa Baraban; "Methods gold standard in clinic millifluidics multiplexed extended gate field-effect transistor biosensor with gold nanoantennae as signal amplifiers"; Biosensors and Bioelectronics, Volume 241
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