Luz encendida - luz apagada: el resultado de la prueba está listo
Inspirados en la naturaleza: los optoensayos biológicos controlados por luz pueden diagnosticar enfermedades de forma más sencilla y rentable
Del velcro a las células solares, muchas innovaciones tecnológicas se han inspirado en la naturaleza. En el diagnóstico médico, los investigadores también se inspiran en principios biológicos. Un equipo de investigación de la Universidad de Friburgo y el INM - Instituto Leibniz de Nuevos Materiales de Saarbrücken ha desarrollado métodos de ensayo en los que unos simples LED podrían sustituir a complejas bombas mecánicas. Estos Optoensayos no sólo imitan el comportamiento de las células biológicas, sino que también utilizan su programación genética.
Todos nos hemos familiarizado con ellos desde la pandemia de COVID-19: las pequeñas casetes con papel decolorante que nos proporcionan una respuesta -positiva o negativa- en cuestión de minutos. En una prueba rápida SARS-CoV-2, indican si una proteína específica de los coronavirus está presente en el líquido de la muestra, el reactivo, o no. Una prueba de embarazo funciona de forma similar. En este caso, la presencia de la hormona hCG hace que la línea de la prueba se coloree. En ambos casos, se utiliza un ensayo de flujo lateral, una prueba en la que el flujo lateral del reactivo hace que se muestre un resultado. Este único movimiento unidireccional del líquido sobre el papel se crea puramente por las fuerzas capilares, sin ninguna asistencia mecánica o eléctrica.
Para ensayos más complejos, este método de detección no es adecuado. Aquí se requieren ensayos que permitan el control bidireccional de los líquidos, es decir, el transporte dentro y fuera del sistema de ensayo. Por desgracia, estos ensayos de varios pasos dependen de bombas caras y propensas al desgaste. Estas bombas eliminan repetidamente del sistema las moléculas no unidas, asegurándose de que sólo las partículas que deben detectarse permanecen unidas a los anticuerpos de detección.
Investigadores de la Universidad de Friburgo y del INM han hallado una solución que permite diseñar pruebas complejas sin necesidad de equipos caros y voluminosos. En el último número de la revista Science Advances, presentan ensayos biológicos en los que las costosas y complejas bombas mecánicas se han sustituido por diodos emisores de luz (LED) sencillos y baratos. Estos OptoAssays permiten el movimiento bidireccional, inducido por la luz, de biomoléculas y la lectura de los resultados de las pruebas sin necesidad de pasos adicionales de lavado mecánico.
Luz encendida - luz apagada: el resultado de la prueba está listo.
Un OptoAssay utiliza un área emisora y una receptora, que se ponen en contacto mediante la adición del reactivo de prueba. En la zona emisora hay una proteína especial que reacciona a la luz. Esta proteína puede unir o liberar moléculas específicas, dependiendo del tipo de luz que capte. Cuando un LED emite luz roja a una longitud de onda de 660 nanómetros, las moléculas se unen a la proteína. Al pasar a luz roja lejana con una longitud de onda de 740 nanómetros, las moléculas se desprenden de la proteína. En la zona receptora hay anticuerpos específicamente diseñados para reconocer y captar la proteína diana en el reactivo de ensayo.
Los investigadores se inspiraron para este método en la naturaleza, concretamente en cómo responden las plantas a la luz. Cada célula tiene un núcleo donde se almacena su código genético. El ADN contiene el "programa" de la célula, que le indica lo que debe hacer. Para activar o desactivar este programa, ciertas proteínas deben entrar y salir del núcleo. El Prof. Wilfried Weber, biólogo sintético y Director Científico del INM, explica el mecanismo: "En el citoplasma, la zona que rodea el núcleo, hay un fotorreceptor que puede ser controlado por la luz. Cuando recibe luz roja, se activa y se une a una proteína de unión. Esta proteína de unión transporta el fotorreceptor hasta el núcleo, donde puede desencadenar, por ejemplo, un programa de crecimiento. Una vez que la longitud de onda de la luz cambia a rojo lejano, esta unión se interrumpe de nuevo".
Sin embargo, la conexión con la naturaleza no se produce sólo a través del propio método. Los fotorreceptores del OptoAssay, que liberan los reactivos, están hechos de materiales naturales, a diferencia de las bombas que se suelen utilizar en el OptoAssay. Los genes que contienen la información para el fotorreceptor en las células vegetales se extraen de la planta y se insertan en bacterias. A continuación, estas bacterias producen el fotorreceptor y la proteína de unión, que se utilizan en el OptoAssay. De este modo, los componentes mecánicos originales se sustituyen por materiales sostenibles de forma natural.
Los investigadores ven un gran potencial para el uso de OptoAssays en diagnósticos en el punto de atención, es decir, fuera del laboratorio, de forma similar a los ensayos de flujo lateral. El Dr. Can Dincer, de la Universidad de Friburgo, explica: "Los OptoAssays pueden controlarse y leerse fácilmente mediante teléfonos inteligentes y, en el futuro, podrían hacer innecesarios los sistemas externos de control de flujo, como bombas y dispositivos de lectura de señales. Así pues, allanan el camino a nuevas herramientas de diagnóstico que permiten realizar análisis rentables y sencillos directamente in situ, incluso en entornos con recursos limitados."
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.
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