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MADRID, 13 Feb. (EUROPA PRESS) -
Investigadores de la Universidad de Shenzhen (China) han desarrollado un sensor de luz de alta sensibilidad que puede detectar concentraciones extremadamente bajas de biomarcadores de cáncer en la sangre.
Esta nueva tecnología podría, algún día, permitir la detección temprana de signos de cáncer y otras afecciones mediante un simple análisis de sangre. Los detalles de la misma se recogen en 'Optica', la revista de investigación de alto impacto del Grupo Editorial Optica.
Biomarcadores como proteínas, ADN u otras moléculas pueden utilizarse para revelar la presencia, progresión o riesgo de cáncer y otras enfermedades. Sin embargo, uno de los principales desafíos en el diagnóstico temprano de enfermedades es la concentración extremadamente baja de biomarcadores presentes al inicio.
"Nuestro sensor combina nanoestructuras de ADN con puntos cuánticos y tecnología de edición genética CRISPR para detectar señales débiles de biomarcadores mediante un enfoque basado en la luz, conocido como generación de segundos armónicos (SHG)", subraya el líder del equipo de investigación, Han Zhang, de la Universidad de Shenzhen.
"Si tiene éxito, este enfoque podría simplificar los tratamientos de enfermedades, mejorar potencialmente las tasas de supervivencia y reducir los costos generales de atención médica", añade.
En este trabajo, Zhang y sus colaboradores demuestran que su sensor puede detectar biomarcadores de cáncer de pulmón en muestras de pacientes a niveles subatmolares, generando una señal clara incluso con una pequeña cantidad de moléculas presentes en la muestra. La técnica de detección fue diseñada para ser programable, lo que podría permitirle detectar virus, bacterias o toxinas ambientales, así como diversos biomarcadores, como los asociados con la enfermedad de Alzheimer.
"Para el diagnóstico temprano, este método promete permitir análisis de sangre sencillos para detectar cáncer de pulmón antes de que el tumor sea visible en una tomografía computarizada", comenta Zhang.
También podría ayudar a mejorar las opciones de tratamiento personalizado, al permitir a los médicos monitorear los niveles de biomarcadores del paciente diaria o semanalmente para evaluar la eficacia del fármaco, en lugar de esperar meses para obtener los resultados de las imágenes.
La detección de biomarcadores suele requerir la amplificación de pequeñas cantidades de moléculas, un proceso que puede ser largo y costoso. En el nuevo trabajo, los investigadores buscaban desarrollar un método de detección directa que permitiera identificar biomarcadores de baja concentración sin necesidad de complejas etapas de amplificación.
El nuevo sensor se basa en SHG, un proceso óptico no lineal en el que la luz entrante se convierte en luz a la mitad de la longitud de onda. En este caso, la SHG se produce en la superficie del material semiconductor bidimensional disulfuro de molibdeno (MoS2).
Los investigadores utilizaron tetraedros de ADN (nanoestructuras autoensambladas con forma de pirámide, hechas completamente de ADN) para fijar diminutos puntos cuánticos a distancias precisas de la superficie de MoS2. Los puntos cuánticos mejoran el campo óptico local, reforzando la señal SHG.
Posteriormente, aplicaron la edición genética CRISPR-Cas para detectar biomarcadores específicos. Cuando la proteína Cas12a utilizada para CRISPR reconoce un biomarcador objetivo, corta el ADN que mantiene los puntos cuánticos en su lugar, lo que provoca una disminución apreciable de la señal SHG. Dado que la señal SHG presenta un ruido de fondo mínimo, se pueden detectar incluso concentraciones muy bajas de biomarcadores.
"En lugar de considerar el ADN únicamente como una sustancia biológica, lo utilizamos como bloques programables, lo que nos permite ensamblar los componentes de nuestro sensor con precisión nanométrica", apunta Zhang. "Al combinar la detección óptica no lineal, que minimiza eficazmente el ruido de fondo, con un diseño sin amplificación, nuestro método ofrece un equilibrio excepcional entre velocidad y precisión".
Los investigadores probaron el sensor para detectar miR-21, un biomarcador de microARN asociado con el cáncer de pulmón. Tras verificar su capacidad para detectar este marcador en una solución tampón simple, también demostraron su capacidad para detectarlo en suero humano de pacientes con cáncer de pulmón, simulando un análisis de sangre real.
"El sensor funcionó excepcionalmente bien, demostrando que la integración de la óptica, los nanomateriales y la biología puede ser una estrategia eficaz para optimizar un dispositivo. El sensor también fue muy específico: ignoró otras cadenas de ARN similares y detectó únicamente el objetivo del cáncer de pulmón", detalla Zhang.
A continuación, los investigadores planean centrarse en la miniaturización del sistema óptico. Su objetivo es convertirlo en un dispositivo portátil que pueda utilizarse en la cabecera del paciente, en clínicas o incluso en lugares remotos con escasos recursos.
