MADRID, 10 Dic. (EUROPA PRESS) -
Científicos de la Universidad Northwestern (Estados Unidos) han diseñado un nuevo dispositivo implantable que puede monitorizar los niveles fluctuantes de proteínas dentro del cuerpo en tiempo real. El dispositivo, inspirado en la fruta que se desprende de las ramas de un árbol, está formado por cadenas de ADN que se adhieren a las proteínas, se desprenden de ellas y luego recogen más proteínas. Esta estrategia creativa permite al dispositivo tomar muestras de varias proteínas a lo largo del tiempo para medir los cambios en los marcadores inflamatorios. El estudio se publica en la revista 'Science'.
En experimentos de prueba de concepto, los sensores midieron con precisión y sensibilidad biomarcadores proteicos de inflamación en ratas diabéticas. El trabajo sienta las bases para el manejo y la prevención en tiempo real de enfermedades agudas y crónicas mediante el seguimiento de proteínas críticas, como las citocinas en la inflamación, biomarcadores proteicos en la insuficiencia cardíaca y muchas otras.
"El diseño del dispositivo es análogo a un monitor continuo de glucosa que se coloca en el brazo y mide los niveles justo debajo de la piel", detalla Shana O. Kelley , de Northwestern , quien dirigió el estudio. "Puedes ver que tus niveles de glucosa aumentan en tiempo real. Pero luego, tal vez, te aplicas insulina y tu glucosa vuelve a bajar. Debes poder medir las tendencias en la dirección incorrecta y las tendencias en la dirección correcta. Lo mismo ocurre con las proteínas en la inflamación. Necesitamos rastrear las fluctuaciones para obtener una imagen completa de lo que está sucediendo en el cuerpo. Esta es una capacidad completamente nueva: poder observar la inflamación en tiempo real. Hay una gran cantidad de aplicaciones que ahora estamos comenzando a explorar".
Si bien existen numerosos sensores para detectar continuamente moléculas pequeñas, como glucosa o electrolitos, los sensores para proteínas (que son más grandes y más complejos que las moléculas pequeñas) son más difíciles de diseñar. Para detectar proteínas en fluidos biológicos, los científicos suelen utilizar receptores de ADN que se unen a las proteínas y las extraen de los biofluidos. El problema de estos receptores es que funcionan demasiado bien. Incluso con la regeneración pasiva, estos anclajes tipo velcro son tan fuertes que retienen las proteínas durante más de 20 horas, lo que hace imposible medir las fluctuaciones en tiempo real de la sangre. .
Los sensores a escala nanométrica parecen filas de péndulos bulbosos, cada uno de los cuales está formado por un cordón de doble hebra de ADN. Un extremo de la hebra de ADN está unido a un electrodo y el otro extremo está unido a otro fragmento de ADN que se une a una proteína deseada. Cuando los investigadores aplican un campo eléctrico alterno, los sensores, que parecen péndulos, oscilan de un lado a otro, arrojando proteínas en apenas un minuto y atrapando otras. Se trata de una solución muy simple y elegante.
Después de observar el funcionamiento del dispositivo en el laboratorio, el equipo quiso comprobar si los sensores funcionaban en animales vivos. Los investigadores construyeron un microdispositivo implantable con el electrodo y los sensores dentro de una microaguja fina, del ancho de tan solo tres cabellos humanos. El dispositivo, que se asemeja a un monitor continuo de glucosa, se coloca sobre la piel fuera del cuerpo mientras la microaguja la pincha para tomar muestras de fluidos.
Los investigadores diseñaron sensores que se unen a dos citocinas proteínicas, que son marcadores clave de la inflamación. Luego colocaron el dispositivo en la piel de ratas con diabetes. Debido a que la diabetes y la inflamación están estrechamente relacionadas, muchas complicaciones asociadas con la diabetes son causadas por la inflamación. Los sensores midieron con éxito los cambios de concentración de ambas proteínas en el líquido. Cuando las ratas ayunaron o recibieron insulina, los sensores rastrearon los niveles de citocinas a medida que descendían. Por el contrario, cuando los investigadores inyectaron a las ratas una sustancia que agita el sistema inmunológico, los niveles de citocinas inflamatorias aumentaron rápidamente.
De hecho, los sensores eran tan sensibles que cada vez que una rata recibía una inyección de insulina, el dispositivo detectaba un pequeño aumento de la inflamación en el lugar donde la aguja perforaba la piel. Las mediciones de los sensores también coincidían con los métodos de laboratorio de referencia para detectar proteínas en los fluidos corporales, lo que valida el éxito del dispositivo. Aunque el nuevo dispositivo funciona bien para medir la inflamación, Kelley prevé utilizarlo para hacer un seguimiento de muchos otros marcadores proteicos. Cita específicamente la insuficiencia cardíaca, que está asociada con una proteína llamada péptido natriurético de tipo B (BNP). Los médicos miden el BNP para diagnosticar y controlar la insuficiencia cardíaca, pero, actualmente, no hay forma de hacer un seguimiento continuo de este marcador en tiempo real.
"Con un monitor continuo, cuando el paciente no se siente bien, el médico podría consultar sus datos y comprobar sus niveles de BNP. Posteriormente, se podrían ajustar los medicamentos antes de que los síntomas empeoren. Esperamos que algún día esta tecnología beneficie a muchas personas, en la línea de lo que ha sucedido con el impacto positivo del control continuo de la glucosa en la actualidad. Podría ser la medida preventiva definitiva", concluyen los investigadores.