Desarrollan un transistor de plástico que amplifica la señal de detección bioquímica

Esta nueva tecnología allana el camino para mejorar el diagnóstico bioelectrónico sensible en un futuro

Hebras individuales de ADN modificado, llamadas aptámeros, se unen a un objetivo y luego se pliegan para activar una señal electroquímica (Foto: Northwester University)
Hebras individuales de ADN modificado, llamadas aptámeros, se unen a un objetivo y luego se pliegan para activar una señal electroquímica (Foto: Northwester University)
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20 mayo 2023 | 00:10 h

Las moléculas de nuestro cuerpo están en constante comunicación entre ellas. Algunas de ellas proporcionan una huella bioquímica que podría indicar cómo se está curando una herida, si un tratamiento contra el cáncer está funcionando o si un virus ha invadido el cuerpo. Si pudiéramos sentir estas señales en tiempo real con alta sensibilidad, entonces podríamos reconocer los problemas de salud más rápido e incluso monitorear la enfermedad a medida que avanza. Ahora, los investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado una nueva tecnología que facilita escuchar las conversaciones internas de nuestro cuerpo.

Si bien las señales químicas del cuerpo son increíblemente débiles, lo que las hace difíciles de detectar y analizar, los investigadores han desarrollado un nuevo método que aumenta las señales más de 1.000 veces. Los transistores, el bloque de construcción de la electrónica, pueden aumentar las señales débiles para proporcionar una salida amplificada. El nuevo enfoque hace que las señales sean más fáciles de detectar sin una electrónica compleja y voluminosa.

Al permitir la amplificación de señales bioquímicas débiles, el nuevo invento acerca la medicina moderna un paso más al diagnóstico en tiempo real. Es más, en palabras de Jonathan Rivnay de Northwestern, autor principal del estudio, “si pudiéramos medir de manera confiable las señales bioquímicas en el cuerpo, podríamos incorporar esos sensores en tecnologías portátiles o implantes que tienen un tamaño pequeño, menos carga y no requieren dispositivos electrónicos costosos. Pero, extraer señales de alta calidad sigue siendo un desafío. Con energía y espacio limitados dentro del cuerpo, necesitas encontrar formas de amplificar esas señales”.

"La gran visión es implementar nuestro concepto en biosensores implantables o dispositivos portátiles que puedan detectar un problema y luego responder"

Si bien comunican información vital llena de potencial para guiar diagnósticos y tratamientos, muchos sensores químicos producen señales débiles. De hecho, los profesionales de la salud a menudo no pueden descifrar estas señales sin extraer una muestra (sangre, sudor, saliva) y pasarla por equipos de laboratorio de alta tecnología. Por lo general, este equipo es costoso y quizás incluso esté ubicado fuera del sitio. Y los resultados pueden tardar un tiempo insoportablemente largo en volver.

Mientras que el equipo de Rivnay, sin embargo, tiene como objetivo detectar y amplificar estas señales ocultas sin siquiera abandonar el cuerpo, otros investigadores han explorado sensores electroquímicos para la biodetección utilizando aptámeros, que son hebras simples de ADN diseñadas para unirse a objetivos específicos.

Después de unirse con éxito a un objetivo de interés, los aptámeros actúan como un interruptor electrónico, plegándose en una nueva estructura que activa una señal electroquímica. Pero con los aptámeros solos, las señales suelen ser débiles y muy susceptibles al ruido y la distorsión si no se prueban en condiciones ideales y bien controladas.

Para evitar este problema, los científicos equipararon un componente amplificador en un sensor tradicional basado en electrodos y desarrolló un sensor basado en transistores electroquímicos con una nueva arquitectura que puede detectar y amplificar la señal bioquímica débil. En este nuevo dispositivo, el electrodo se usa para detectar una señal, pero el transistor cercano se dedica a amplificar la señal. Los investigadores también incorporaron un electrodo de referencia de película delgada incorporado para hacer que las señales amplificadas sean más estables y confiables.

Los investigadores pudieron amplificar la señal de las citocinas en tres o cuatro órdenes de magnitud en comparación con los métodos tradicionales de detección de aptámeros basados en electrodos

Para validar la nueva tecnología, el equipo de Rivnay recurrió a una citocina común, un tipo de proteína de señalización, que regula la respuesta inmunitaria y está implicada en la reparación y regeneración de tejidos. Al medir la concentración de ciertas citoquinas cerca de una herida, los investigadores pueden evaluar qué tan rápido se está curando una herida, si hay una nueva infección o si se requieren o no otras intervenciones médicas.

En una serie de experimentos, los investigadores pudieron amplificar la señal de las citocinas en tres o cuatro órdenes de magnitud en comparación con los métodos tradicionales de detección de aptámeros basados en electrodos. Aunque la tecnología funcionó bien en experimentos para detectar la señalización de citocinas, Rivnay explica que debería poder amplificar señales de cualquier molécula o sustancia química, incluidos anticuerpos, hormonas o fármacos, donde el esquema de detección utiliza indicadores electroquímicos.

Para terminar, el autor detalló en el ensayo que “este enfoque es ampliamente aplicable y no tiene un caso de uso específico. La gran visión es implementar nuestro concepto en biosensores implantables o dispositivos portátiles que puedan detectar un problema y luego responder".

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