Los investigadores han utilizado componentes disponibles en el mercado para crear un dispositivo sensor que no solo es rentable sino que puede detectar rápidamente 32 patógenos diferentes y tiene sensibilidades a la par de los biosensores de última generación utilizados en los laboratorios de patología. El novedoso dispositivo podría tener diversas aplicaciones, desde controlar la eficacia de las terapias contra el cáncer hasta predecir el curso de enfermedades virales.
El diagnóstico temprano de enfermedades beneficia a pacientes y médicos. Permite que el tratamiento ralentice la progresión de la enfermedad y reduzca el riesgo de complicaciones, mejorando así los resultados de salud a largo plazo. Con el diagnóstico temprano en mente, un equipo del laboratorio de investigación Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) en Alemania ha utilizado componentes disponibles en el mercado para construir un dispositivo rentable del tamaño de la palma de la mano que puede detectar 32 patógenos diferentes simultáneamente. .
Para crear su novedoso dispositivo, los investigadores tomaron prestado del campo de la electrónica, utilizando transistores de efecto de campo (FET) como concepto básico. Los FET utilizan un campo eléctrico para controlar el flujo de corriente en un semiconductor. Hay tres componentes: fuente, compuerta y drenaje. La aplicación de voltaje a la superficie de la compuerta altera su potencial eléctrico y controla el flujo de corriente entre la fuente y el drenaje. El dispositivo se «activa» sólo cuando el voltaje de la puerta alcanza un cierto umbral. Diferentes patógenos generan diferentes potenciales eléctricos y, por tanto, diferentes corrientes. Las células cancerosas, por ejemplo, producen una corriente diferente a la del virus de la gripe. Ningún cambio significativo en la corriente significa que no se han unido biomoléculas relevantes para enfermedades a la superficie del sensor (puerta) y viceversa.
Una desventaja importante de los biosensores tradicionales basados en FET es que las superficies de prueba no son reutilizables, lo que requiere que se deseche todo el transistor después de su uso, lo cual es costoso y no muy respetuoso con el medio ambiente. Para abordar este problema, los investigadores utilizaron un electrodo separado conectado a la puerta del transistor para medir los cambios en el potencial eléctrico.
«Esto nos brinda la oportunidad de utilizar el transistor varias veces», dijo Larysa Baraban, autora correspondiente del estudio. «Separamos la puerta y nos referimos a ella como ‘puerta extendida’, es decir, una extensión del sistema de prueba».
Para mejorar aún más su sistema, los investigadores crearon una puerta extendida con 32 almohadillas de prueba capaces de detectar múltiples patógenos.
«Por supuesto, nos gustaría que este sistema realizara varios análisis al mismo tiempo», afirmó Baraban. «Esto significa que se puede analizar una muestra simultáneamente en cada una de las almohadillas para detectar un patógeno diferente».
Los investigadores utilizaron su dispositivo para analizar la interleucina-6 (IL-6), una proteína producida en respuesta a infecciones y lesiones tisulares. Es un marcador útil de la activación del sistema inmunológico y puede elevarse en casos de inflamación, infección, trastornos autoinmunes, enfermedades cardiovasculares y algunos cánceres.
«Ya sea un simple resfriado o un cáncer, la concentración de IL-6 cambia», dijo Baraban. “Diferentes enfermedades, así como diferentes etapas de una enfermedad, producen diferentes cuadros clínicos. Por eso la IL-6 es muy adecuada como marcador”.
Descubrieron que el uso de un kit de nanopartículas ya preparado diseñado para que los investigadores agregaran nanopartículas de oro que concentraran o localizaran la carga y amplificaran la señal de voltaje mejoraban la sensibilidad del dispositivo.
«La sensibilidad de las pruebas es considerablemente mayor que cuando trabajamos sin nanopartículas», dijo Baraban.
Descubrieron que su dispositivo producía resultados rápidamente y alcanzaba sensibilidades y valores de límite de detección (LOD) comparables a los biosensores basados en FET de última generación. De hecho, el dispositivo tenía un LOD significativamente más bajo (definido como la concentración más baja de un analito en una muestra que puede detectarse consistentemente, generalmente con un 95% de certeza) en comparación con el método estándar de ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA) que los laboratorios usan comúnmente para detectar anticuerpos en la sangre.
Los investigadores dicen que su dispositivo biosensor rentable tiene una variedad de aplicaciones potenciales, desde monitorear el progreso de las inmunoterapias en pacientes con cáncer hasta predecir la gravedad y el curso de una enfermedad viral como la gripe o el COVID-19.
El estudio fue publicado en la revista Biosensores y Bioelectrónica.
Fuente: HZDR