Un dispositivo detecta moléculas ligadas al cáncer, el Alzheimer y el Parkinson

Científicos del Laboratorio Nacional de Nanotecnología, en Brasil, desarrollan un biosensor portátil y de bajo costo con el apoyo de la FAPESP

Por Diego Freire  |  Agência FAPESP – Investigadores del Laboratorio Nacional de Nanotecnología (LNNano), con sede en Campinas (São Paulo, Brasil), desarrollaron un biosensor que puede detectar moléculas relacionadas con enfermedades neurodegenerativas y algunos tipos de cáncer.

Se trata de un dispositivo electrónico elaborado sobre una plataforma de vidrio. En él, un transistor compuesto por una capa orgánica a escala nanométrica contiene el péptido glutatión reducido (GSH), que reacciona de manera específica cuando entra en contacto con la enzima glutatión S-transferasa (GST), relacionada con enfermedades tales como el Parkinson, el Alzheimer y el cáncer de mama, entre otras. El transistor detecta la reacción GSH-GST, que puede utilizarse en el diagnóstico.

Este biosensor se desarrolló en el marco del Proyecto Temático intitulado "Desarrollo de nuevos materiales estratégicos para dispositivos analíticos integrados", que cuenta con el apoyo de la FAPESP y que reúne a investigadores de distintas áreas del conocimiento en torno de la tecnología de los dispositivos point of care, sistemas de test sencillos ejecutados con el paciente.

“Al utilizar plataformas como ésta, enfermedades complejas podrán diagnosticarse de manera rápida, segura y relativamente barata, toda vez que esta tecnología se vale de sistemas a escala nanométrica destinados a detectar moléculas de interés en el material analizado”, explica Carlos Cesar Bof Bufon, coordinador del Laboratorio de Dispositivos y Sistemas Funcionales (DSF) del LNNano e investigador asociado al proyecto que coordina el profesor Lauro Kubota, del Instituto de Química de la Unicamp.

Aparte de su portabilidad y su bajo costo, Bof Bufon destaca como una ventaja de este biosensor nanométrico su sensibilidad en la detección de moléculas.

“Es la primera vez que se emplea la tecnología de un transistor orgánico para la detección del par GSH-GST con el objetivo de diagnosticar enfermedades degenerativas, por ejemplo. Esto permitirá la detección de esas moléculas aun cuando se encuentren presentes en bajas concentraciones en el material analizado, toda vez que las reacciones se detectan a escala nanométrica, es decir, de millonésimas de milímetros.”

Este sistema puede adaptarse para la detección de otras sustancias, tales como moléculas relacionadas con distintas enfermedades y elementos presentes en materiales contaminados, entre otras aplicaciones. Para ello se alteran las moléculas incorporadas al sensor, que reaccionarán en presencia de los componentes químicos que son objeto de análisis en el ensayo, llamados analitos.

“El DSF del LNNano ha desarrollado una variedad de plataformas de monitoreo químico, físico y biológico destinadas a sectores estratégicos nacionales e internacionales que incluyen salud, medio ambiente y energía”, dice Bof Bufon.

El objetivo, según comenta el investigador, consiste en “tener en manos una serie de soluciones en dispositivos point of care para dar cuenta ágilmente de una serie de demandas”. Por ejemplo, brotes enfermedades o análisis de analitos contaminantes tales como el plomo y toxinas en muestras de agua.

El relato sobre la investigación que llevó al desarrollo del biosensor para la detección de moléculas relacionadas con enfermedades neurodegenerativas y algunos tipos de cáncer aparece en el artículo intitulado Water-gated phthalocyanine transistors: Operation and transduction of the peptide–enzyme interaction, publicado en la revista Organic Electronics, y está disponible en el siguiente enlace: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1566119916300416.

Este trabajo es de autoría de los investigadores Rafael Furlan de Oliveira, Leandro das Mercês Silva y Tatiana Parra Vello, bajo la coordinación de Bof Bufon, todos del DSF del LNNano.

Del vidrio al papel

Con el objetivo de bajar aún más los costos, mejorar la portabilidad de los biosensores desarrollados y facilitar su proceso de manufactura y desechado, el grupo está trabajando en sistemas de detección de sustancias en plataformas de papel.

“El papel, como plataforma destinada a la fabricación de dispositivos analíticos, reúne una serie de ventajas, pues se trata de un polímero natural, ampliamente disponible en todo el mundo, liviano, biodegradable, portátil y plegable”, dice Bof Bufon.

El desafío consiste en convertir un material aislante, en este caso el papel, en un conductor. Para ello el investigador desarrolló una técnica que permite impregnar polímeros con propiedades conductoras en las fibras de celulosa, lo cual vuelve al papel capaz de conducir la electricidad y transmitir información de un punto a otro. Esto permite a su vez dotarlo de la función de un sistema de monitoreo.

“Esta técnica se basa en la síntesis in situ de polímeros conductores. Para que estos polímeros no queden retenidos en la superficie del papel, es necesario que sean sintetizados dentro de los poros de la fibra de celulosa y entre éstos. Por eso el proceso se lleva a cabo a través de una ruta de polimerización química de vapor: se incorpora un agente oxidante líquido al papel, al cual a continuación se lo expone a los monómeros (pequeñas moléculas capaces de enlazarse a otras) en la fase de vapor. Al evaporarse bajo el papel, los monómeros entran en la fibra a escala submicrométrica, penetrando entre los poros, donde encuentran al agente oxidante y dan inicio al proceso de polimerización allí mismo, impregnando todo el material”, explica.

También de acuerdo con el investigador, “es como intentar llenar una sala con globos: en caso de que no pasen por la puerta al estar inflados con aire, una alternativa sería inflarlos dentro de la sala”.

Una vez impregnado por los polímeros, el papel pasa a tener las propiedades conductoras de éstos. Esta conductividad puede ajustarse según la aplicación que se desee darle al papel, mediante el manipuleo del elemento que se incorpora a la fibra de celulosa. De esta forma, el dispositivo puede ser conductor de corriente eléctrica y transportarla de un punto a otro sin grandes pérdidas (pueden imaginarse antenas de papel, por ejemplo), o semiconductor, al interactuar con moléculas específicas y funcionar como un sensor físico, químico o electroquímico.