Un sensor detecta el dengue antes de los primeros síntomas de la enfermedad

El dispositivo detecta instantáneamente una proteína secretada por los cuatro tipos de virus causantes de la afección

Por Elton Alisson

Agência FAPESP – Investigadores del Instituto de Física de São Carlos de la Universidad de São Paulo (IFSC-USP) y de la empresa DNApta Biotecnologia, con sede en la localidad de São José do Rio Preto (São Paulo), en Brasil, desarrollaron un biosensor capaz de detectar dengue antes de que surjan los primeros síntomas de la enfermedad.

El dispositivo, creado en el marco de un proyecto de maestría de la estudiante Alessandra Figueiredo y de un posdoctorado realizado por Nirton Cristi Silva Vieira con Beca de la FAPESP, se desarrolló en el Grupo de Nanomedicina y Nanotoxicologia del IFSC-USP, coordinado por el profesor Valtencir Zucolotto, y en el ámbito del Instituto Nacional de Electrónica Orgánica (INEO) –uno de los Institutos Nacionales de Ciencia y Tecnología (INCTs) financiados por la FAPESP y por el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq)–, encabezado por el profesor Francisco Guimarães. Y salió descrito en un artículo publicado en la revista Scientific Reports, del grupo Nature.

“El biosensor es capaz de diagnosticar dengue con mayor rapidez, menor costo y mayor facilidad que los test de laboratorio existentes actualmente”, declaró Silva Vieira, posdoctorando en el IFSC-USP y uno de los autores del proyecto, a Agência FAPESP.

La tecnología del biosensor se basa en la detección eléctrica de la proteína no estructural 1 NS1. Este tipo de proteína es secretada por los cuatro tipos de virus del dengue (DEN1, DEN2, DEN3 y DEN4) y se encuentra en concentraciones detectables en la sangre de personas tanto con la infección primaria (que contrajeron la enfermedad por primera vez) como secundaria (a partir de la segunda vez), desde el segundo hasta el noveno día después del comienzo de la enfermedad. Por eso se la considera un excelente biomarcador de la infección por el virus del dengue, de acuerdo con Silva Vieira.

“La ventaja de utilizar la proteína NS1 para detectar dengue radica en que es posible diagnosticar más precozmente la enfermedad, al segundo o al tercer día luego de la infección, toda vez que los síntomas del dengue recién empiezan a aparecer por lo general a partir del sexto día después de la picadura del mosquito”, dijo el investigador.

Una de las formas empleadas para detectar la proteína NS1 del virus del dengue es a través de anticuerpos tales como la inmunoglobulina G (IgG), obtenidos mediante la fusión de linfocitos B provenientes del bazo de animales inmunizados con células de mieloma (un linaje tumoral de linfocitos B) o extraídos de la sangre de mamíferos inoculados con NS1.

Con todo, el problema reside en que el costo de ese proceso de fusión de los linfocitos B es sumamente alto. En tanto, la cantidad de anticuerpos obtenida a partir de la sangre de mamíferos inoculados con NS1 es muy pequeña, acotó Silva Vieira. “El rendimiento de este proceso es muy bajo”, añadió.

Con el fin de incrementar la producción de anticuerpos de la proteína NS1, la empresa DNApta Biotecnologia desarrolló una técnica mediante la cual se producen proteínas recombinantes (elaboradas artificialmente a partir de genes clonados) de NS1 de los cuatro tipos de virus del dengue en bacterias Escherichia coli (E. Coli), que se inoculan en gallinas ponedoras.

De este modo se logra obtener de la yema de huevos de las gallinas inoculadas con proteínas recombinantes NS1, grandes cantidades de inmunoglobulina del tipo IgY, una alternativa a la inmunoglobulina IgG, extraída de la sangre de mamíferos.

“Las gallinas son grandes productoras de anticuerpos. Logramos obtener una cantidad sumamente grande de IgY de yema de huevos de ponedoras inoculadas con NS1”, comentó Sérgio Moraes Aoki, director científico de DNApta.

La empresa les suministró proteínas recombinantes de dengue NS1 e inmunoglobulina IgY de yema de huevo a los investigadores del IFSC-USP para que desarrollasen el biosensor de dengue, y divide con la Agencia USP de Innovación la patente del dispositivo.

“Fue la primera vez que se utilizó inmunoglobulina IgY de gallina como elemento de reconocimiento biológico en un biosensor destinado al reconocimiento de la proteína NS1”, dijo Moraes Aoki.

La composición del sensor

El biosensor desarrollado por el grupo de investigadores está compuesto por un electrodo de oro en escala nanométrica (la milmillonésima parte del metro) con una muestra de inmunoglobulina IgY inmovilizada sobre él, y un electrodo de referencia con potencial eléctrico constante.

Al entrar en contacto con la proteína NS1, cambia el potencial eléctrico del electrodo con la inmunoglobulina IgY inmovilizada con relación al del electrodo de referencia, en razón de la unión de la proteína con el anticuerpo, y produce una señal eléctrica.

Un software “lee” esta señal eléctrica y apunta a lo sumo en 30 minutos el resultado del análisis, al cual puede tenerse acceso en tiempo real a través del celular o de la notebook.

“Cuanto mayor sea la concentración de la proteína NS1 en contacto con el electrodo con la inmunoglobulina IgY inmovilizada, mayor también será la diferencia del potencial eléctrico”, explicó Silva Vieira.

Con el fin de evaluar la eficacia del biosensor, los investigadores realizaron pruebas con muestras de la proteína NS1 en concentraciones que variaron de 0,01 a 10 microgramos por mililitro (μg.mL), la franja límite de concentración de NS1 encontrada en la sangre de pacientes diagnosticados con dengue.

Los resultados de los test indicaron que el dispositivo fue capaz de detectar la presencia de la proteína NS1 en una concentración mínima de 0,09 μg.mL.

“El promedio de concentración de la proteína NS1 en la sangre de personas infectadas por el virus del dengue es de 2 microgramos por mililitro. El biosensor detectó concentraciones mucho menores que ese valor”, dijo Silva Vieira.

Los científicos obtuvieron la aprobación inicial del comité de ética de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar) para realizar durante los próximos meses, luego de la aprobación final, test del biosensor directamente en muestras de sangre de personas infectadas con el virus del dengue.

“Hemos llegamos a desarrollar un prototipo del sensor”, dijo Silva Vieira. “La ventaja reside en que la inmunoglobulina IgY extraída de la yema de huevo que se utiliza en él es muy barata en comparación con otros anticuerpos. Por eso el dispositivo podría fabricarse en gran escala.”

Nuevos biosensores

Aparte del biosensor para el dengue, desarrollado en colaboración con el grupo de investigadores del IFSC-USP, la empresa DNApta pretende producir nuevos biosensores para la detección de la proteína NS1 del virus del dengue basados en otras plataformas tecnológicas, en el marco del proyecto intitulado “Desarrollo de biosensores electroquímicos para la detección de la proteína NS1 del virus del dengue” , realizado con el apoyo del Programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (PIPE) de la FAPESP.

“Nuestra idea ahora es desarrollar biosensores electroquímicos con inmunoglobulina IgY extraída de la yema de huevos de gallinas ponedoras inoculadas con la proteína NS1 en electrodos de carbono”, comentó Moraes Aoki.

La meta de la empresa apunta a desarrollar dispositivos portátiles de detección de dengue similares a los medidores de glicemia utilizados por los diabéticos, que puedan acoplarse a dispositivos de comunicación móviles, tales como un teléfono móvil o una notebook, y transmitir los datos en tiempo real a una central. De este modo podrá hacerse un monitoreo epidemiológico de la enfermedad, señaló Moraes Aoki.

“Pretendemos extender esa idea para detectar otras enfermedades, aparte del dengue”, dijo Moraes Aoki.

De acuerdo con los investigadores, los test de diagnóstico de dengue que más se emplean actualmente no son eficaces para detectar la enfermedad, fundamentalmente durante los primeros días de infección, cuando los síntomas se confunden a menudo con otras enfermedades infecciosas.

El hemograma, el test de velocidad de hemosedimentación (VHS) y el conteo de plaquetas, por ejemplo, resultan insuficientes para confirmar el diagnóstico de dengue.

En tanto, los análisis más comunes que se realizan en los centros de salud, basados en la detección serológica de anticuerpos del tipo IgG y IgM, sólo pueden efectuarse a partir del sexto día de infección, toda vez que el cuerpo humano empieza a producir anticuerpos específicos de combate contra la NS1 luego del quinto día de infección.

Por otro parte, los métodos moleculares destinados a detectar el dengue basados en la detección de la proteína NS1 ya existentes en el mercado, tales como el ELISA y el de Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR), todavía son caros, se elaboran en muchas etapas y requieren de la intervención de personal capacitado para realizarlos, según apuntan los investigadores.

“Estimamos que el tipo de test de dengue que estamos desarrollando reunirá algunas ventajas en relación a los test convencionales de la enfermedad que se realizan actualmente”, afirmó Moraes Aoki.

Los resultados de la investigación se describieron en el artículo intitulado Electrical detection of dengue biomarker using egg yolk immunoglobulin las the biological recognition element (doi: 10.1038/srep07865), de Figueiredo y otros, que puede leerse en la revista Scientific Reports, en: www.nature.com/srep/2015/150119/srep07865/full/srep07865.html.