Un dispositivo elaborado mediante impresión 3D detecta tempranamente el párkinson en muestras biológicas

Es un sensor que puede miniaturizarse y que capta los niveles de la proteína PARK7/DJ-1, asociada a esta enfermedad. En el estudio en cuyo marco se lo desarrolló se emplearon muestras de suero sanguíneo y líquido cefalorraquídeo

Por Julia Moióli  |  Agência FAPESP – Científicos de la Universidad de Campinas (Unicamp) y de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), en Brasil, desarrollaron un sensor electroquímico que detecta la enfermedad de Parkinson en diferentes estadios. Elaborado en una impresora 3D común, el referido dispositivo puede anticipar el diagnóstico y el consiguiente tratamiento precoz, y a su vez funciona como modelo para la detección de otras enfermedades, de acuerdo con un artículo publicado en la revista Sensors and Actuators B: Chemical.

“Este sensor indica rápidamente la concentración de la proteína PARK7/DJ-1 en el plasma sanguíneo humano y en líquido cefalorraquídeo sintético. Esta molécula está relacionada con la enfermedad de Parkinson en niveles situados por debajo de los 40 microgramos por litro [40 μg/L]”, explica Cristiane Kalinke, quien lleva adelante un posdoctorado en el Instituto de Química (IQ) de la Unicamp, es investigadora visitante en la Universidad Metropolitana de Manchester (Reino Unido) y es la autora principal del artículo. “Asimismo, posee la ventaja de que puede imprimírselo en diversos formatos y tamaños, incluso en miniatura, para generar dispositivos efectivamente portátiles, que requieren una cantidad muy pequeña de muestra.”

Para elaborar el sensor, los investigadores emplearon un filamento comercial compuesto básicamente por ácido poliláctico (un polímero biodegradable conocido por las siglas en inglés PLA) asociado a un material conductor (grafeno) y otros aditivos. Se imprimieron electrodos en plástico con tecnología 3D y los mismos pasaron por un tratamiento químico que los volvió aún más conductores y estimuló en sus superficies la formación de grupos funcionales (carboxílicos), que se unen con anticuerpos. El proceso de activación implicó remover la superficie polimérica aislante de los electrodos mediante la inmersión en hidróxido de sodio (NaOH) y la aplicación de un potencial eléctrico (positivo y negativo). Luego se promueve la reacción específica entre los anticuerpos y la proteína PARK7/DJ-1 para suministrar el diagnóstico.

Los pasos siguientes del trabajo, que contaron con el apoyo de la FAPESP (proyectos 13/22127-2, 17/21097-3, 19/00473-2 y 21/07989-4), consistieron en inmovilizar anticuerpos específicos para la proteína PARK7/DJ-1 en la superficie de los electrodos y aplicar el sensor en la detección de dicha proteína en tres niveles de concentración: 30 μg/L, 40 μg/L y 100 μg/L. La concentración promedio en los pacientes diagnosticados con párkinson en diferentes estadios es de aproximadamente 30 ± 9 μg/L, de acuerdo con los datos que figuran en la literatura.

“Difícilmente un paciente va a una consulta médica en busca de un análisis de rutina para detectar párkinson en estadio inicial: cuando surge la sospecha, lo más probable es que los síntomas físicos y conductuales ya se hayan manifestado y que la enfermedad se encuentre instalada”, afirma Juliano Alves Bonacin, docente del Departamento de Química Inorgánica del IQ-Unicamp y supervisor del estudio. “Nuestra idea consistió en construir un dispositivo muy sencillo y muy barato que permita efectuar el monitoreo en el transcurso del tiempo y que alerte a los médicos y a los pacientes en caso de aparecer alteraciones en los niveles de la proteína PARK7/DJ-1, cosa que es especialmente útil si se la analiza en conjunto con otros biomarcadores.”

La prueba de concepto

Un legado importante de este estudio consiste en que funciona como prueba de concepto, al demostrar la versatilidad de este tipo de impresión como plataforma para la inmovilización de biomoléculas.

“Logramos imprimir todos los componentes de una célula electroquímica en una impresora 3D utilizando únicamente un polímero como material conductor”, afirma Kalinke. “En este trabajo específico, los materiales eran comerciales, es decir, que se adquirieron listos, pero poco a poco estamos desarrollando nuevos filamentos para la impresión 3D también en nuestro laboratorio.”

Según los autores, esta plataforma abre las puertas hacia el diagnóstico de otras enfermedades. En el caso de la proteína PARK7/DJ-1 específicamente, aparte de estar presente en problemas neurológicos, existe una relación de la misma con la diabetes tipo 2, la infertilidad y algunos tipos de cáncer. Pero el objetivo es expandir el uso de este dispositivo a otros biomarcadores. Por cierto, Kalinke ya está trabajando en la fabricación de un sensor para el diagnóstico de la fiebre amarilla.

“Imagínese si se produce un brote de una determinada enfermedad en una zona específica”, ejemplifica Bonacin. “Con pocas impresoras 3D y algunos electrodos, sería posible producir un sensor como el nuestro allí mismo.”

El estudio también contó con la colaboración de Craig E. Banks, docente de la Facultad de Ciencia e Ingeniería de la Universidad Metropolitana de Manchester, del profesor Bruno Campos Janegitz y del investigador Paulo Roberto de Oliveira, ambos de la UFSCar – Campus Araras.

Puede leerse el artículo intitulado 3D-printed immunosensor for the diagnosis of Parkinson’s disease en el siguiente enlace: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925400523000680?via%3Dihub.