Dispositivo inalámbrico, portátil y no invasivo detecta biomarcadores de Alzheimer y Parkinson

La prevalencia de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson está aumentando. Los métodos de diagnóstico actuales para estas afecciones incluyen típicamente procedimientos invasivos como punciones lumbares y exploraciones por resonancia magnética, que pueden resultar desalentadores para los pacientes y plantear desafíos para las personas con problemas de movilidad o acceso limitado a instalaciones médicas. En respuesta a estos desafíos, los investigadores han desarrollado un innovador dispositivo portátil que detecta de forma no invasiva biomarcadores asociados con las enfermedades de Alzheimer y Parkinson. Además, este dispositivo tiene la capacidad de transmitir sus hallazgos de forma inalámbrica a una computadora o teléfono inteligente.

Desarrollado por un equipo internacional de investigadores dirigido por UC San Diego (La Jolla, CA, EUA), el dispositivo utiliza un sistema de detección eléctrico en lugar de uno químico. Este enfoque es más simple y más preciso. El componente central del dispositivo es un transistor altamente sensible, conocido como transistor de efecto de campo (FET, por sus siglas en inglés), que presenta una capa de grafeno de solo un átomo de espesor. Este FET de grafeno (GFET) incorpora tres electrodos: los electrodos de fuente y drenaje conectados a los polos positivo y negativo de una batería para facilitar el flujo de corriente, y un electrodo de compuerta que regula esta corriente. Una cadena de ADN única, que actúa como sonda, está unida al electrodo de compuerta. Esta sonda se une específicamente a las proteínas beta amiloide, tau o sinucleína. La interacción entre estos amiloides y su sonda de ADN correspondiente altera la corriente entre los electrodos de fuente y drenaje, y es este cambio en la corriente o el voltaje el que señala la presencia de biomarcadores específicos.

Imagen: El biosensor consiste en un chip con un transistor altamente sensible (Fotografía cortesía de UC San Diego)

La eficacia del dispositivo se validó utilizando proteínas amiloides derivadas del cerebro de pacientes fallecidos con Alzheimer y Parkinson. Los biosensores detectaron con precisión los biomarcadores específicos de la enfermedad, igualando la precisión de los métodos de diagnóstico avanzados actuales. Sorprendentemente, el dispositivo requiere sólo cantidades mínimas de muestra y puede desempeñarse con precisión incluso en muestras que contienen una variedad de proteínas. Si bien la detección de proteínas tau presentó más desafíos, la capacidad del dispositivo para analizar múltiples biomarcadores permite un diagnóstico integral y confiable. Los planes futuros incluyen probar el dispositivo con plasma sanguíneo, líquido cefalorraquídeo y, eventualmente, muestras de saliva y orina en hospitales y residencias de ancianos. Tras los ensayos exitosos, los investigadores buscan obtener la aprobación de la FDA en los próximos meses, con el objetivo final de comercializar el dispositivo dentro de un año.

"Este sistema de diagnóstico portátil permitiría realizar pruebas en el hogar y en los puntos de atención, como clínicas y hogares de ancianos, para detectar enfermedades neurodegenerativas en todo el mundo", dijo Ratnesh Lal, profesor de bioingeniería, ingeniería mecánica y ciencia de materiales en la Escuela de Ingeniería Jacobs de la UC San Diego. 

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UC San Diego