MADRID, 15 Feb. (EUROPA PRESS) -
Un equipo multidisciplinar del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada, de la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, y de la Universidad de Bath, Reino Unido, han desarrollado una tecnología electroquímico de bajo costo que permite detectar biomarcadores de la sepsis, según publican en la revista 'Advanced Functional Materials'.
Los investigadores han perfeccionado aún más la tecnología 'eRapid', del Instituto ,como una plataforma de diagnóstico electroquímico de bajo coste basada en la afinidad para la detección multiplexada de biomarcadores clínicamente relevantes en sangre total. El dispositivo utiliza un novedoso recubrimiento superficial a base de nanocompuestos de grafeno y se ha demostrado que detecta con precisión tres biomarcadores diferentes de la sepsis de forma simultánea.
Muchas afecciones médicas potencialmente mortales, como la sepsis, que es desencadenada por patógenos transmitidos por la sangre, no se pueden detectar con precisión y rapidez para iniciar el tratamiento correcto. En pacientes que han sido infectados por un patógeno desconocido y progresan a una sepsis manifiesta, cada hora adicional en la que no se puede administrar un antibiótico eficaz aumenta significativamente la tasa de mortalidad, por lo que el tiempo es de suma importancia.
El desafío de diagnosticar rápidamente la sepsis se deriva del hecho de que la medición de un solo biomarcador a menudo no permite un diagnóstico claro. Los ingenieros han luchado durante décadas para cuantificar simultáneamente múltiples biomarcadores en sangre completa con alta especificidad y sensibilidad para aplicaciones de diagnóstico en el punto de atención (POC), ya que esto evitaría pasos de procesamiento de sangre costosos y que consumen tiempo y en los que las moléculas de biomarcadores informativos podrían perderse.
"En este estudio hemos dado un paso importante hacia el despliegue de nuestra plataforma de sensores electroquímicos en entornos clínicos para la detección rápida y sensible de múltiples analitos en sangre humana --explica el director Fundador del Wyss, Donald Ingber--. Como el recubrimiento de nanocompuesto que hemos desarrollado aquí es barato, tiene el potencial de revolucionar los diagnósticos en los puntos de atención no sólo para analizar los biomarcadores de la sepsis, sino una gama mucho más amplia de biomarcadores que pueden multiplexarse en conjuntos para informar sobre los estados de muchas enfermedades y afecciones".
Ingber, junto con el científico senior de Wyss Pawan Jolly y su equipo de Wyss actualmente también están desarrollando sensores electroquímicos 'eRapid' con el recubrimiento nanocompuesto a base de grafeno recientemente diseñado como un componente crítico de un diagnóstico en el punto de atención para COVID, lesión cerebral traumática, infarto de miocardio y muchos otros trastornos.
Al desarrollar su tecnología electroquímica de detección de sepsis, el equipo de Ingber se basó en un trabajo anterior publicado en 'Nature Nanotechnology', en el que habían resuelto el problema de la "bioincrustación" con elementos de detección electroquímicos con su tecnología eRapid.
En teoría, los biosensores electroquímicos serían los preferidos para muchas aplicaciones clínicas debido a su capacidad para cuantificar el contenido de muestras biológicas al convertir directamente el evento de unión de un biomarcador en una señal electrónica, su bajo consumo de energía y costo, y su fácil integración con lectores de diagnóstico.
Sin embargo, especialmente cuando se usa sangre completa, muchos componentes de la sangre se unen de manera inespecífica a los revestimientos superficiales de los electrodos de los sensores y provocan su degradación, así como ruido eléctrico en forma de señales falsas.
"En nuestra versión avanzada de 'eRapid' reemplazamos los nanocables de oro del revestimiento con nanoflakes de óxido de grafeno que también tienen propiedades antiincrustantes y electroquímicas, pero son mucho menos costosas y permiten mediciones aún más sensibles. De hecho, los costos de fabricación del nanocompuesto fueron reducidos a una fracción de su costo original, que junto con la velocidad, la eficiencia y la versatilidad de la tecnología de detección debería permitir que la plataforma eRapid tenga un impacto comercial inmediato", explica Jolly.
Después de optimizar y caracterizar su recubrimiento de nanocompuestos en ensayos de unión para la citoquina inflamatoria interleucina 6, el equipo lo aplicó al diagnóstico de sepsis.
Esencialmente, al unir una molécula de anticuerpo al recubrimiento que se une a la procalcitonina (PCT) y al agregar un segundo anticuerpo específico de PCT al complejo que está unido a una enzima, se forma un precipitado a partir de un sustrato químico y se deposita sobre el recubrimiento. Esto cambia la corriente de electrones que llegan al electrodo y ayuda a registrar el evento de unión de PCT como una señal electrónica.
"Demostramos que este elemento sensor electroquímico puede detectar PCT con alta precisión en sangre total y lo validamos cuantificando los niveles de PCT en 21 muestras clínicas, comparándolo directamente con un ensayo ELISA convencional, con una excelente correlación", señala el primer autor Uros Zupancic, quien fue académico invitado en el grupo de Ingber de la Universidad de Bath.
Luego, el equipo extendió su enfoque para detectar simultáneamente múltiples biomarcadores de sepsis diseñando también elementos sensores para la proteína C reactiva, otro biomarcador de sepsis y patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP).
"El ensamblaje de tres elementos sensores electroquímicos dedicados para biomarcadores que pueden estar presentes en la sangre en concentraciones muy diferentes en un solo chip representó un desafío significativo. Sin embargo, los tres elementos en el sensor final presentaron respuestas específicas dentro del rango clínicamente significativo sin interferir entre sí, y lo hicieron con un tiempo de respuesta de 51 minutos, lo que satisface la necesidad clínica de diagnóstico de sepsis en la primera hora", dice Zumpancic.
Para hacer que la tecnología 'eRapid' actual sea aún más efectiva y útil para el análisis de muestras clínicas, el equipo la integró con un sistema de microfluidos que extrae el elemento humano involucrado en la manipulación del sensor en el laboratorio y mejora el número de eventos de unión de biomarcadores en su superficie. Esto permite automatizar el análisis de biomarcadores con el sistema y permitió a los investigadores reducir el tiempo de respuesta para medir la PCT a 7 minutos.
