Los investigadores de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) en Munich muestran que la luz emitida por una sola molécula se puede detectar con una configuración óptica de bajo costo. Su prototipo podría facilitar el diagnóstico médico.
Los biomarcadores juegan un papel central en el diagnóstico de la enfermedad y la evaluación de su curso. Entre los marcadores que se utilizan actualmente se encuentran genes, proteínas, hormonas, lípidos y otras clases de moléculas. Los biomarcadores se pueden encontrar en la sangre, el líquido cefalorraquídeo, la orina y varios tipos de tejidos, pero la mayoría de ellos tienen una cosa en común: ocurren en concentraciones extremadamente bajas y por lo tanto, son técnicamente difíciles de detectar y cuantificar.
Muchos procedimientos de detección utilizan sondas moleculares, como anticuerpos o secuencias cortas de ácido nucleico, que están diseñadas para unirse a biomarcadores específicos. Cuando una sonda reconoce y se une a su objetivo, las reacciones químicas o físicas dan lugar a señales de fluorescencia. Estos métodos funcionan bien, siempre que sean lo suficientemente sensibles como para reconocer el biomarcador relevante en un alto porcentaje de todos los pacientes que lo llevan en la sangre. Además, antes de que tales pruebas basadas en fluorescencia puedan usarse en la práctica, los propios biomarcadores o sus señales deben amplificarse. El objetivo final es permitir que el cribado médico se lleve a cabo directamente en los pacientes, sin tener que enviar las muestras a un laboratorio distante para su análisis.
Las antenas moleculares amplifican las señales de fluorescencia
Philip Tinnefeld, quien tiene una Cátedra de Química Física en LMU, ha desarrollado una estrategia para determinar los niveles de biomarcadores presentes en concentraciones bajas. Ha logrado acoplar sondas de ADN con pequeñas partículas de oro o plata. Los pares de partículas (‘dímeros’) actúan como nano antenas que amplifican las señales de fluorescencia. El truco funciona de la siguiente manera: las interacciones entre las nanopartículas y las ondas de luz entrantes intensifican los campos electromagnéticos locales y esto, a su vez, conduce a un aumento masivo de la amplitud de la fluorescencia. De esta forma, se pueden detectar específicamente bacterias que contienen genes de resistencia a antibióticos e incluso virus.
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“Las nano-antenas basadas en ADN se han estudiado durante los últimos años”, dice Kateryna Trofymchuk, primera autora conjunta del estudio. “Pero la fabricación de estas nanoestructuras presenta desafíos“. El grupo de investigación de Philip Tinnefeld ha logrado configurar con mayor precisión los componentes de sus nano antenas y posicionar las moléculas de ADN que sirven como sondas de captura en el sitio de amplificación de la señal. Juntas, estas modificaciones permiten que la señal de fluorescencia se amplifique de manera más eficaz. Además, en el minúsculo volumen involucrado, que es del orden de zeptolitros (un zeptolitro equivale a 10-21 de litro), se pueden capturar incluso más moléculas.
El alto grado de control de posicionamiento es posible gracias a la nanotecnología del ADN, que explota las propiedades estructurales del ADN para guiar el ensamblaje de todo tipo de objetos a nanoescala, en cantidades extremadamente grandes. “En una muestra, podemos producir simultáneamente miles de millones de estas nano-antenas, usando un procedimiento que básicamente consiste en pipetear algunas soluciones juntas“, dice Trofymchuk.
Diagnóstico de rutina en el teléfono inteligente
“En el futuro”, dice Viktorija Glembockyte, también primera autora conjunta de la publicación, “nuestra tecnología podría utilizarse para pruebas de diagnóstico incluso en áreas en las que el acceso a la electricidad o al equipo de laboratorio esté restringido. Hemos demostrado que podemos detectar directamente pequeños fragmentos de ADN en el suero sanguíneo, utilizando un microscopio portátil basado en un teléfono inteligente que funciona con una fuente de alimentación USB convencional para monitorear el ensayo “. Los teléfonos inteligentes más nuevos suelen estar equipados con cámaras bastante buenas. Aparte de eso, todo lo que se necesita es un láser y una lente, dos componentes baratos y fácilmente disponibles. Los investigadores de LMU utilizaron esta receta básica para construir sus prototipos.
Continuaron demostrando que los fragmentos de ADN que son específicos para genes de resistencia a antibióticos en bacterias podrían detectarse mediante esta configuración. Pero el ensayo podría modificarse fácilmente para detectar una amplia gama de tipos de objetivos interesantes, como los virus. Tinnefeld es optimista: “El año pasado ha demostrado que siempre hay una necesidad de métodos de diagnóstico nuevos e innovadores, y quizás nuestra tecnología pueda algún día contribuir al desarrollo de una prueba de diagnóstico económica y confiable que se pueda realizar en casa“.
