La detección precoz de enfermedades como el cáncer o la demencia es fundamental para determinar el tratamiento ymejorar el pronóstico de los pacientes. Por este motivo los Institutos Nacionales de la Salud de Estados Unidos conceden subvenciones R01 a investigadores para proyectos de investigación maduros, basados en hipótesis y con datos preliminares sólidos.
Es el caso de Xiaohu Xia, profesor asociado del Departamento de Química de la Universidad de Florida Central (UCF) que ha recibido recientemente 1,3 millones de dólares para continuar su prometedora investigación sobre nanopartículas, que podría mejorar drásticamente la precisión de la detección de enfermedades en más de 300 veces. "En nuestros resultados preliminares de laboratorio, hemos demostrado que nuestras enzimas artificiales basadas en nanopartículas son capaces de mejorar la sensibilidad de detección unas 300 veces más que los activos actuales del mercado", afirma.
Su investigación, que ya dura cuatro años, se centra en mejorar la eficacia diagnóstica de las pruebas de inmunoabsorción enzimática (ELISA) utilizando nanopartículas de níquel-platino especialmente diseñadas para unirse a biomarcadores específicos de enfermedades, como proteínas y hormonas, en muestras de fluidos corporales.
“Nuestras enzimas artificiales basadas en nanopartículas son capaces de mejorar la sensibilidad de detección unas 300 veces más que los activos actuales del mercado"
Xia tendrá la ayuda de estudiantes posdoctorales y de posgrado que le ayudarán en la investigación. Aunque se ha experimentado con la sustitución de nanopartículas en las pruebas ELISA, no se ha producido un avance monumental en la sensibilidad diagnóstica en décadas, y Xia afirma que pretende dar el salto mediante su investigación con nanopartículas.
"La tecnología ELISA es una de las más utilizadas para el diagnóstico de diversas enfermedades", explica. "Por ejemplo, cuando uno acude a la consulta del médico y se somete a un examen físico anual, el análisis de sangre puede utilizar ELISA para detectar diversos biomarcadores. Pero para avanzar en esta tecnología, hay que sustituir por completo la enzima natural por otra cosa".
El cambio del uso de la peroxidasa tradicional que se encuentra en la raíz del rábano picante por "imitaciones" enzimáticas artificiales compuestas de nanopartículas podría reportar numerosas ventajas, afirma el investigador. Xia sostiene que las nanopartículas son mucho más estables y activas, lo que podría traducirse en resultados más fiables y precisos de las pruebas ELISA.
“Con nuestra nueva tecnología, esperamos lograr un diagnóstico precoz de estos cánceres"
"En la tecnología comercial se utilizan enzimas naturales extraídas de plantas", explica Xia que apunta que en su tecnología, se va a “sustituir la enzima natural por nuestras enzimas artificiales, que están hechas de nanopartículas metálicas. Las enzimas artificiales son mucho más eficientes que las naturales, lo que significa que vamos a tener una señal de color más fuerte que puede mejorar sustancialmente la sensibilidad de detección de esta tecnología".
En este estudio, Xia se esfuerza por desarrollar y maximizar las capacidades de las nanopartículas y, al mismo tiempo, demostrar y confirmar su eficacia en el uso clínico analizando distintos biomarcadores de enfermedades en muestras de sangre humana. Apunta que planea afinar la estructura de las nanopartículas para diseñar las enzimas artificiales más óptimas para el diagnóstico. “Será la primera vez que sus nanopartículas interactúen con muestras clínicas", afirma Xia.
El investigador apunta que mejorará aún más la sensibilidad utilizando las nanopartículas únicas y a utilizar dos tipos de cáncer para la demostración. "En este proyecto, nos proponemos detectar en sangre el cáncer de próstata y el cáncer colorrectalen estadios tempranos. Con nuestra nueva tecnología, esperamos lograr un diagnóstico precoz de estos cánceres", sostiene.
Las nanopartículas servirán como "imitadores" artificiales mejorados de las enzimas convencionales para unirse y reaccionar de forma que muestren color cuando se combinen con biorreceptores, como anticuerpos, si los biomarcadores de la enfermedad diana están presentes.
"El objetivo final que queremos alcanzar es la detección precoz de enfermedades importantes como el cáncer”
Cuando se detecta un biomarcador, la prueba genera un color visible que puede utilizarse para cuantificar su concentración. Cuanto más intenso sea el color, mayor será la concentración. Las pruebas deben ser muy sensibles para evitar falsos negativos que puedan retrasar el tratamiento o las intervenciones. Xia confía en que su investigación revele una eficacia récord de las nanopartículas para ofrecer resultados más rápidos y un contraste más definitivo en la coloración de las muestras, al tiempo que simplifican los procedimientos y dispositivos necesarios para las pruebas.
"La sensibilidad de detección es fundamental para el diagnóstico de enfermedades importantes", afirma. "En las fases más tempranas, la concentración de biomarcadores puede ser muy baja y no ser detectada por el ELISA convencional. Con nuestra nueva tecnología, pretendemos mejorar sustancialmente la sensibilidad para poder detectar incluso concentraciones bajas de biomarcadores en muestras de pacientes".
Aspira a utilizar los conocimientos fundamentales adquiridos en su investigación inicial en 2021 para incidir en el campo general del diagnóstico in vitro ofreciendo un tipo de enzimas artificiales ultraeficaces que sean adecuadas para muchas tecnologías de diagnóstico, incluso más allá del ELISA. "El objetivo final que queremos alcanzar es la detección precoz de enfermedades importantes como el cáncer y, en el futuro, también queremos detectar algunas otras enfermedades muy difíciles, como quizá incluso la enfermedad de Alzheimer", concluye Xia.