Herramienta basada en nanoporos detecta enfermedades con una molécula

Para detectar enfermedades es necesario identificar millones de moléculas. Las moléculas que se quieren detectar (como ADN específico o moléculas de proteínas) son extremadamente pequeñas, de aproximadamente una milmillonésima parte de un metro. Como resultado, las señales eléctricas que generan son diminutas y requieren un equipo especializado para una detección precisa. Los científicos han desarrollado una tecnología basada en nanoporos que podría revolucionar el diagnóstico de enfermedades al capturar señales de moléculas individuales, lo que permitiría realizar pruebas más rápidas y precisas que los métodos actuales.

Los investigadores de la Universidad de California en Riverside (Riverside, California, EUA) están trabajando en la creación de sensores electrónicos que imitan el comportamiento de las neuronas del cerebro, capaces de "recordar" las moléculas que han pasado previamente por el sensor. Para lograrlo, el equipo diseñó un nuevo modelo de circuito que detecta pequeños cambios en el comportamiento del sensor. En el centro de su circuito se encuentra un nanoporo, una abertura extremadamente pequeña que permite que las moléculas pasen a través de él de una en una. Se introducen muestras biológicas en el sistema junto con sales que se descomponen en iones. Cuando las moléculas de ADN o proteína de la muestra pasan a través del nanoporo, provocan una reducción en el flujo de iones. Para procesar las señales eléctricas resultantes, el sistema debe tener en cuenta la posibilidad de que algunas moléculas no sean detectadas a medida que se mueven a través del nanoporo.

Lo que distingue a este descubrimiento es que el nanoporo no sólo funciona como sensor, sino que también actúa como filtro, minimizando el ruido de fondo de otras moléculas que podrían interferir con la detección de señales críticas. Los sensores tradicionales requieren filtros externos para eliminar señales no deseadas, pero estos filtros pueden eliminar información valiosa involuntariamente. La nueva tecnología garantiza que se conserve la señal de cada molécula, mejorando así la precisión de las aplicaciones de diagnóstico. El equipo de la UCR prevé que la tecnología se utilice para crear un dispositivo de diagnóstico compacto y portátil (aproximadamente del tamaño de una unidad USB) que pueda detectar infecciones en sus primeras etapas. A diferencia de las pruebas actuales, que pueden tardar días en detectar infecciones, los sensores de nanoporos podrían identificarlas en un plazo de 24 a 48 horas, lo que ofrece una ventaja significativa para diagnosticar enfermedades de rápida propagación y permitir un tratamiento más temprano.

Además de su utilidad para el diagnóstico, este dispositivo también promete hacer avanzar la investigación sobre proteínas. Las proteínas desempeñan papeles fundamentales en el funcionamiento celular, e incluso pequeños cambios estructurales pueden afectar a la salud. Las herramientas de diagnóstico actuales tienen dificultades para diferenciar entre proteínas sanas y patógenas debido a sus estructuras similares. Sin embargo, la tecnología de nanoporos puede detectar diferencias sutiles entre proteínas individuales, lo que podría ayudar a los médicos a crear tratamientos más personalizados. Además, esta investigación acerca a los científicos a lograr la secuenciación de proteínas de una sola molécula, un objetivo biológico largamente buscado. Mientras que la secuenciación del ADN revela información genética, la secuenciación de proteínas proporciona información sobre cómo se expresa y modifica esa información genética en tiempo real. Esta comprensión más profunda podría conducir a una detección más temprana de enfermedades y a terapias más específicas y personalizadas.

“En la actualidad, se necesitan millones de moléculas para detectar enfermedades. Estamos demostrando que es posible obtener datos útiles a partir de una sola molécula. Este nivel de sensibilidad podría marcar una diferencia real en el diagnóstico de enfermedades”, dijo Kevin Freedman, profesor adjunto de bioingeniería en la UCR y autor principal de un artículo sobre la herramienta en Nature Nanotechnology. “Los nanoporos ofrecen una forma de detectar infecciones más temprano, antes de que aparezcan los síntomas y antes de que la enfermedad se propague. Este tipo de herramienta podría hacer que el diagnóstico temprano sea mucho más práctico tanto para las infecciones virales como para las enfermedades crónicas”.