Plataforma de biodetección diagnostica las enfermedades a través de la detección de moléculas individuales

Un método nuevo de diagnóstico emplea una plataforma de biosensor de origami de ADN junto con una lectura de nanoporos que permite la detección de biomarcadores individuales.

La capacidad de detectar concentraciones bajas de biomarcadores en muestras de pacientes es una de las piedras angulares de la asistencia sanitaria moderna. En general, los enfoques de biosensores se basan en la medición de señales resultantes de la interacción de un gran conjunto de moléculas con el sensor. Para aumentar la sensibilidad de este enfoque, los investigadores de la Universidad de Leeds (Reino Unido), desarrollaron una plataforma de biosensores utilizando origami de ADN, que presentaba una cavidad central con un aptámero de ADN específico de la diana acoplado con un nanoporo de lectura para permitir la detección de biomarcadores individuales.

El origami de ADN es el plegamiento de ADN a nanoescala para crear formas de nanoescala bidimensionales y tridimensionales no arbitrarias. El método actual de origami de ADN implica el plegado de una sola hebra larga de ADN viral con la ayuda de múltiples hebras “básicas” más pequeñas. Estas hebras más cortas se unen a las más largas en varios lugares, lo que da como resultado la formación de una forma predefinida de dos o tres dimensiones.

Los aptámeros son especies de ácidos nucleicos que se han diseñado mediante rondas repetidas de selección in vitro para unirse a varios objetivos moleculares, como moléculas pequeñas, proteínas, ácidos nucleicos e incluso células, tejidos y organismos. Los aptámeros son útiles en aplicaciones biotecnológicas y terapéuticas, ya que ofrecen propiedades de reconocimiento molecular que rivalizan con las de los anticuerpos. Además de su reconocimiento discriminado, los aptámeros ofrecen ventajas sobre los anticuerpos, ya que se pueden diseñar completamente en un tubo de ensayo, se producen fácilmente mediante síntesis química, poseen propiedades de almacenamiento deseables y provocan poca o ninguna inmunogenicidad en aplicaciones terapéuticas.

Los investigadores de la Universidad de Leeds demostraron que el origami de ADN funcionalizado con aptámeros de ADN, podía capturar un analito de interés, y que las huellas dactilares de translocación del ADN ocupado y desocupado eran fácilmente diferenciables. En este estudio, revelaron una plataforma biosensora con un límite de detección de tres nanomoles, que era capaz de detectar la proteína C reactiva humana (PCR) en fluidos clínicamente relevantes.

Los investigadores informaron que además de la forma de pico característicamente diferente, también se podrían usar la amplitud del pico y el tiempo de permanencia para diferenciar a los portadores ocupados de los desocupados. La lectura era completamente eléctrica, por lo que se podía miniaturizar y permitir la detección en el punto de atención. En conjunto, esto permitió la biodetección cuantitativa mediante el recuento de portadores de origami de ADN ocupados individuales, lo que se demostró en soluciones fisiológicas y plasma humano diluido.

El primer autor, el Dr. Mukhil Raveendran, investigador de la Universidad de Leeds, dijo: “Una de las principales ventajas es la muestra mínima necesaria. Podemos aislar moléculas individuales de muestras pequeñas para identificar enfermedades específicas. El proceso es muy rápido y los resultados se demoran solo unos minutos. Los biomarcadores capturados se leen con nanoporos y podemos hacer esto una molécula a la vez. Al acoplar el origami de ADN y los nanoporos, podemos detectar cuantitativamente biomarcadores de enfermedades con sensibilidad de una sola molécula”.

La plataforma de biosensores de ADN origami-nanoporos se describió en la edición en línea del 1 de septiembre de 2020 de la revista Nature Communications.

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Universidad de Leeds