Biosensor electrónico detecta biomarcadores en muestras de sangre completa sin agregar reactivos

La ausencia de herramientas bioanalíticas robustas, confiables y fáciles de usar para el diagnóstico temprano y oportuno de enfermedades cardiovasculares, particularmente el paro cardíaco repentino, conduce a muertes prevenibles e impone una carga económica significativa en los sistemas de salud globales. Numerosos estudios han establecido conexiones entre diversas enfermedades cardiovasculares y biomarcadores proteicos específicos en la sangre. Sin embargo, los métodos actuales para analizar estos biomarcadores de proteínas, como ELISA o los ensayos de Western blot, implican procesos de múltiples pasos que requieren muchos reactivos y equipos de laboratorio especializados, lo que limita su aplicabilidad práctica y da como resultado una demora en el tratamiento, cumplimiento reducido y peores resultados. En consecuencia, existe una necesidad urgente de nuevos métodos que permitan el análisis directo y sin reactivos de analitos moleculares para identificar anomalías cardiovasculares en sus primeras etapas y prevenir o mitigar su progresión.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Toronto (Ontario, Canadá) y la Universidad Northwestern (Evanston, IL, EUA) ha diseñado un biosensor electrónico que utiliza aptámeros de ADN para detectar biomarcadores en muestras de sangre completa, sin necesidad de reactivos adicionales. Estos aptámeros de ADN reconocen las proteínas marcadoras con la misma eficacia que los anticuerpos, pero son más sencillos de producir y más versátiles. El biosensor identificó con éxito niveles clínicamente relevantes de una proteína marcadora de enfermedad cardiovascular sin más preparación de la muestra.

El biosensor electrónico utiliza aptámeros de ADN para detectar biomarcadores en muestras de sangre completa (Fotografía cortesía de Freepik)

El objetivo de los investigadores era crear herramientas de diagnóstico capaces de detectar biomarcadores de enfermedades de manera directa, confiable y en el campo, eliminando la necesidad de enviar muestras a laboratorios especializados para su análisis. El dispositivo basado en un chip desarrollado por los investigadores emplea mediciones cronoamperométricas para identificar proteínas marcadoras en muestras complejas. Su sistema de sensores a nanoescala funciona como un "péndulo" molecular, que mide la carga adicional que una proteína coloca en el péndulo, que consiste en una cadena de ADN unida a un electrodo, sin necesidad de reactivos externos.

Si bien los anticuerpos generalmente se usan para localizar y unir proteínas marcadoras en mezclas complejas, su complejidad hace que diseñarlos y producirlos sea un desafío. En cambio, los investigadores encontraron que los aptámeros de ADN, más pequeños y simples, se pueden usar como alternativas a los anticuerpos. Los aptámeros de ADN son fragmentos sintéticos cortos con formas y estructuras específicas, relativamente fáciles y económicos de producir, y sus estructuras se pueden personalizar. Al igual que los anticuerpos, los aptámeros de ADN pueden unirse a proteínas marcadoras a través de interacciones moleculares y estructurales, pero son más fáciles de diseñar.

Los investigadores desarrollaron un sensor basado en aptámero creando un aptámero de ADN específico para el péptido natriurético tipo B (BNP), un biomarcador de enfermedades cardiovasculares, y conectándolo a la hebra de péndulo de ADN atada a un electrodo de oro, formando el sensor de péndulo molecular. Este biosensor detectó de forma eficaz el BNP, incluso en muestras complejas, como sangre completa sin procesar de pacientes cardíacos. Dado que se descubrió que la sensibilidad del sistema basado en aptámeros era comparable a la de la detección basada en anticuerpos, los investigadores recomiendan una mayor exploración y adopción de aptámeros de ADN para diagnósticos independientes del laboratorio.

Enlaces relacionados:
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Universidad de Northwestern