Nuevos biosensores fluorescentes abren enormes posibilidades para el diagnóstico médico

Los biosensores son dispositivos que utilizan moléculas biológicas para detectar sustancias específicas y tienen un gran potencial para identificar biomarcadores de enfermedades, monitorear procesos biológicos o detectar toxinas ambientales. Entre estos, los biosensores fluorescentes son comunes; implican una biomolécula que se une a un objetivo unido a una molécula de sonda que emite luz fluorescente. Sin embargo, los biosensores fluorescentes tradicionales a menudo sufren de bajo contraste porque sus sondas están siempre "encendidas", lo que requiere que las moléculas del biosensor no unidas se eliminen para una detección precisa de la señal. Un avance significativo en este campo es el desarrollo de "biosensores fluorescentes activados por unión" o nanosensores de alto contraste, que se iluminan solo al unirse a sus objetivos específicos. No obstante, diseñar nanosensores que combinen una unión efectiva con un interruptor de fluorescencia activado dentro de una estructura molecular compacta plantea desafíos importantes.

Para abordar estos desafíos, un esfuerzo de investigación colaborativa que involucra a científicos del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard (Boston, MA, EUA) ha dado como resultado el desarrollo de una plataforma de biología sintética que simplifica el descubrimiento, la evolución molecular y la producción económica de nanosensores pequeños y altamente eficientes. Estos nanosensores pueden detectar proteínas, péptidos y moléculas pequeñas específicas, mejorando su fluorescencia hasta 100 veces en menos de un segundo tras unirse a su objetivo. Un elemento central de la plataforma es el uso de nuevos aminoácidos fluorogénicos (FgAA) que se integran en pequeñas secuencias de proteínas (ligantes) mediante un método innovador que permite la expansión in vitro del código genético. Este proceso facilita la detección de alto rendimiento, la validación y la evolución dirigida de ligantes de proteínas para convertirlos en nanosensores de alto contraste, acelerando el desarrollo en diversos campos, incluidos la investigación básica, la ciencia ambiental, el diagnóstico médico y las terapias mejoradas. Los hallazgos de esta investigación han sido publicados en Nature Communications.

Imagen: Los nuevos biosensores moleculares solo se iluminan cuando se unen a sus objetivos (Foto cortesía del Instituto WYSS en la Universidad de Harvard)

“Hemos trabajado durante mucho tiempo en la expansión del código genético de las células para dotarlas de nuevas capacidades que permitan la investigación, la biotecnología y la medicina en diferentes áreas, y este estudio es una extensión muy prometedora de este esfuerzo in vitro”, dijo George Church, Ph.D., miembro del cuerpo docente principal del Instituto Wyss, quien dirigió el estudio. “Esta novedosa plataforma de biología sintética resuelve muchos de los obstáculos que impedían mejorar las proteínas con nuevas químicas, como lo demuestran los biosensores instantáneos más eficientes, y está destinada a impactar muchas áreas biomédicas”.

“Este es un importante paso adelante en nuestra capacidad para diseñar rápidamente biosensores fluorescentes de bajo costo para el monitoreo de enfermedades en tiempo real y con un enorme potencial para el diagnóstico y la medicina de precisión”, agregó el coautor correspondiente Marc Vendrell, Ph.D., profesor de la Universidad de Edimburgo.

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Instituto Wyss de la Universidad de Harvard