Sensores electroquímicos con recubrimiento de próxima generación avanzan en diagnóstico de precisión POC

Las actuales tecnologías de diagnóstico en el punto de atención (POC) generalmente se limitan a medir un único biomarcador de enfermedad o varios biomarcadores de la misma clase de moléculas, como varios ARN, proteínas o anticuerpos. Sin embargo, la capacidad de medir múltiples biomarcadores de diferentes clases moleculares podría proporcionar una comprensión más integral sobre el estado, la gravedad, la progresión y las variaciones individuales de una enfermedad en su desarrollo. Los biosensores electroquímicos, que convierten la señal química de un biomarcador que se encuentra en una pequeña muestra de biofluido (como sangre, saliva u orina) en una señal eléctrica proporcional a la cantidad del biomarcador, podrían abordar muchos desafíos de diagnóstico en el punto de atención. Estos sensores se pueden ensamblar en matrices multiplexadas para detectar diferentes biomarcadores, y los avances recientes han superado el desafío de la “bioincrustación” (la degradación de las superficies de los electrodos por moléculas biológicas no específicas en las muestras) mediante el desarrollo de delgados recubrimientos antiincrustantes.

Ahora, investigadores del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard (Boston, MA, EUA), en colaboración con varios institutos de Corea, han logrado avances significativos en sensores de diagnóstico electroquímico. Han desarrollado un nuevo recubrimiento antiincrustante poroso nanocompuesto de un micrómetro de espesor, unas 100 veces más grueso que los recubrimientos anteriores. Este mayor espesor, junto con una estructura porosa diseñada, permite la integración de una mayor cantidad de sondas de detección de biomarcadores en los sensores, logrando una sensibilidad hasta 17 veces mayor que los mejores sensores existentes, al tiempo que ofrece propiedades antiincrustantes mejoradas.

Imagen: Nanocompuesto antiincrustante, grueso y poroso para la detección electroquímica de virus con alta precisión y confiabilidad (Fotografía cortesía de Nature Communications)

En su estudio de prueba de concepto, el equipo adaptó un conjunto de reactivos de detección desarrollado previamente para tres biomarcadores relacionados con la COVID-19. Utilizaron estos reactivos para modelar una matriz de electrodos sensores con su innovadora tecnología de recubrimiento, incluido un sensor habilitado para CRISPR para el ARN del SARS-CoV-2, un sensor para el antígeno de la cápside del virus y otro para un anticuerpo del huésped dirigido por el virus. Cuando se probó con muestras de pacientes, el nuevo sensor demostró sensibilidades de detección entre 3,75 y 17 veces mayores en comparación con un sensor anterior fabricado con los mismos sistemas de detección pero utilizando el revestimiento más delgado y no poroso del equipo. También distinguió con precisión entre muestras positivas y negativas con un 100 % de especificidad.

"Nuestro novedoso recubrimiento de emulsión porosa y espesa aborda directamente los obstáculos críticos que actualmente impiden el uso generalizado de sensores electroquímicos como componentes centrales de diagnósticos POC integrales para muchas afecciones", dijo el director fundador de Wyss, Dr. Donald Ingber,Ph.D. “Sin embargo, yendo mucho más allá de eso, también podría abrir nuevas oportunidades para desarrollar dispositivos implantables más seguros y funcionales, y otros sistemas de monitoreo del cuidado de la salud en múltiples frentes de enfermedades. Superar los problemas de bioincrustación y sensibilidad son desafíos que impactan muchos de estos esfuerzos”.

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Instituto Wyss de la Universidad de Harvard