Desarrollan un nuevo chip para detectar el virus del dengue

Un sensor detecta la presencia de moléculas de antígenos en el suero sanguíneo y suministra rápidamente el resultado, ya sea positivo o negativo

Por Peter Moon  |  Agência FAPESP – Las estadísticas epidemiológicas de las enfermedades trasmitidas por mosquitos impresionan. En Brasil, de acuerdo con la Secretaria de Control Sanitario del Ministerio de Salud, en 2016 se notificaron alrededor de un millón y medio de casos de dengue, 272 mil de fiebre chikunguña y 215 mil de la fiebre del Zika. En 2015, fueron 143 mil casos de paludismo.

Las estrategias de lucha contra estas epidemias incluyen la prevención –mediante del combate contra las diversas especies de mosquitos trasmisores–, el desarrollo de vacunas, el control epidemiológico con diagnóstico rápido de los afectados y el tratamiento clínico y ambulatorio.

En el apartado del control epidemiológico, grupos de investigación de universidades brasileñas estudian el desarrollo de biosensores de bajo costo para agilizar el diagnóstico. Un ejemplo de ello es el inmunochip destinado a la detección de la enfermedad del dengue que se encuentra en desarrollo en el grupo Biopol de los Departamentos de Química y de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad Federal de Paraná (UFPR), en la ciudad de Curitiba, capital de dicho estado brasileño.

“Con nuestro sensor, la detección de la enfermedad del dengue se realiza indirectamente. Lo que se detecta no es el virus sino un antígeno característico de la infección. Esta rastreo se concreta a través de anticuerpos anclados en el biosensor, que detectan rápidamente la presencia del antígeno en el suero e, indirectamente, nos suministran la respuesta de infección”, dijo el doctorando en bioquímica Cleverton Pirich, uno de los autores del estudio.

El inmunochip es capaz de detectar la presencia de moléculas del antígeno (NS1) para el dengue en el suero sanguíneo, suministrando así un resultado positivo o negativo en forma rápida. Los resultados de este trabajo salieron publicados en la revista Biosensors and Bioelectronics.

Este sensor se basa en la tecnología de las microbalanzas de cristal de cuarzo (MCQ). El término microbalanza se refiere a la capacidad que estos dispositivos poseen para detectar cantidades de una molécula, de una proteína, por ejemplo, del orden de los nanogramos (milmillonésimos de gramo).

Esto es posible debido a una propiedad electroquímica llamada efecto piezoeléctrico. La piezoelectricidad es la capacidad que tienen algunos cristales de generar tensión eléctrica como respuesta a una presión mecánica.

Los sensores piezoeléctricos son dispositivos que se valen del efecto piezoeléctrico para medir la presión, la aceleración, la tensión o la fuerza, convirtiéndolas en señales eléctricas.

Para validar los resultados y la eficiencia del inmunochip desarrollado en Curitiba, Pirich y su supervisora, la profesora Maria Rita Sierakowski, contaron con la colaboración del profesor Roberto Manuel Torresi, del Departamento de Química Fundamental del Instituto de Química (IQ) de la Universidad de São Paulo, en lo atinente al funcionamiento y a la interpretación de los resultados en una microbalanza con disipación de energía (MCQ-D).

“La microbalanza se vale del efecto piezoeléctrico reverso. En el caso específico del nuevo inmunochip, se le aplica una señal eléctrica al cristal y la frecuencia de esa señal cambia cuando se depositan algunas moléculas de antígeno (NS1) para el dengue presentes en una muestra sobre el cristal”, dijo Torresi.

En el laboratorio coordinado por el profesor Torresi se encuentra una de las más sofisticadas y precisas microbalanzas de cristal de cuarzo en operación en Brasil. Este aparato fue adquirido con el apoyo de la FAPESP.

Al igual que el inmunochip, la microbalanza MCQ-D también basa su operación en la detección a través del efecto piezoeléctrico reverso. Pero su precisión es de otra magnitud, y además detecta cambios relógicos.

“La microbalanza de nuestro laboratorio es mucho más sofisticada que otras existentes en el país”, dijo Torresi, quien también suscribe el artículo publicado en Biosensors and Bioelectronics y coordina el Proyecto Temático intitulado “Optimización de las propiedades fisicoquímicas de materiales nanoestructurados y sus aplicaciones en el reconocimiento molecular, en catálisis y la conversión y el almacenamiento de energía”.

La microbalanza del IQ (MCQ-D) y las del BioPol (MCQ, adquirida con apoyo de la Capes, y MCQ-D, con el apoyo de la Finep) confirmaron la presencia del antígeno NS1 para la enfermedad del dengue en todas las muestras de suero que fueron contaminadas mediante el agregado de ese antígeno, para las cuales el inmunochip había sido elaborado con el anticuerpo NS1, lo que redundó en un resultado positivo de detección.

Aplicaciones ambientales

“El inmunochip se desarrolló para detectar moléculas del antígeno de la enfermedad del dengue en cualquier material en medio líquido. Pero el principio puede aplicarse en la detección de otras enfermedades, como así también en aplicaciones ambientales y sanitarias para detectar moléculas contaminantes presentes en el agua, en alimentos y en el medio ambiente, por ejemplo, dijo Sierakowski.

La base del inmunochip es un cristal de cuarzo importado, sobre el cual se depositan los demás componentes en finas capas. La primera, arriba del cristal, es de oro. Inmediatamente arriba se encuentra una película de un polímero llamado polietilenimina.

Por último, sobre el polímero se coloca una nanopelícula de nanocristales de celulosa proveniente de un tratamiento químico de residuos industriales de celulosa bacteriana, que está preparada para reaccionar químicamente en presencia del antígeno del dengue. La reacción química trae aparejado un cambio en la respuesta de los nanocristales, que se ve reflejado en la alteración de sus patrones de frecuencia y de disipación de energía.

La medición precisa del cambio de esos patrones de frecuencia y de disipación de energía indicará la presencia o la ausencia del antígeno para la enfermedad del dengue y, por consiguiente, si el paciente del cual se extrajo la muestra en cuestión está o no está infectado por el virus del dengue.

El proceso puede parecer largo, pero luego del desarrollo del biosensor la respuesta es prácticamente inmediata. Se gotea la muestra sobre el biosensor y se obtiene el resultado con precisión; y se logra determinar la presencia del antígeno (NS1) para el dengue a partir de una cantidad equivalente a 0,03 microgramo por mililitro.

“Lo más importante para un paciente en lo que hace al diagnóstico no es saber cuántas moléculas de antígeno existen en la muestra. Lo que le interesa al paciente es saber si está o no está infectado, y en caso de que lo esté, empezar lo más rápido posible a aplicarse el tratamiento adecuado. Si se apunta únicamente a obtener un diagnóstico cualitativo, es decir, que suministre una respuesta positiva o negativa, se abre margen para el desarrollo de aparatos más sencillos, más baratos y accesibles, y que cumplan tal propósito”, dijo Piricha.

“Tal como se discutió y se demostró en nuestro trabajo, un inmunochip como éste, de desarrollárselo y comercializárselo, podrá erigirse en una herramienta de diagnóstico en tiempo real, capaz de suministrar resultados en aproximadamente 15 minutos”, dijo.

Puede leerse el artículo intitulado “Piezoelectric immunochip coated with thin films of bacterial cellulose nanocrystals for dengue detection” (doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.bios.2017.01.068), de Cleverton Luiz Pirich, Rilton Alves de Freitas, Roberto Manuel Torresi, Guilherme Fadel Picheth y Maria Rita Sierakowski, en el siguiente enlace: sciencedirect.com/science/article/pii/S0956566317300684.