Una investigación realizada por el Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha demostrado que, gracias a un dispositivo basado en un sensor, se pueden identificar enfermedades avanzadas. Este sistema realiza una función similar a la de los receptores celulares naturales.
La molécula inmune CXCL12 podría detectarse mediante una tecnología basada en un prototipo de sensor. “Nuestra esperanza es desarrollar un dispositivo simple que le permita realizar pruebas en el hogar, con alta especificidad y sensibilidad. Cuanto antes detecte el cáncer, mejor será el tratamiento, por lo que el diagnóstico temprano del cáncer es un área importante en la que queremos profundizar”, asegura Shuguang Zhang , científico e investigador principal en el Laboratorio de Medios del MIT.
Gracias a este sistema, la detección de enfermedades de difícil diagnóstico como los tumores avanzados o con metástasis es más sencilla. El objetivo de este dispositivo es realizar exámenes rutinarios más eficaces mediante “una nariz electrónica altamente biomimética”, subrayan los investigadores del MIT.
Los investigadores modificaron las proteínas para su mantenimiento fuera de la membrana y las anclaron “en una capa de proteínas cristalizadas"
Este sensor se basa en la membrana que rodea las células, en las que se encuentran las proteínas receptoras que detectan moléculas en el medio ambiente. Los investigadores modificaron las proteínas para su mantenimiento fuera de la membrana y las anclaron “en una capa de proteínas cristalizadas encima de una serie de transistores de grafeno”.
“Identificamos receptores críticos de sistemas biológicos y los anclamos en una interfaz bioelectrónica, lo que nos permite recolectar todas esas señales biológicas y luego transducirlas en salidas eléctricas que pueden analizarse e interpretarse mediante algoritmos de aprendizaje automático”, explica Rui Qing, ex Científico investigador del MIT y profesor asociado en la Universidad Jiao Tong de Shanghai.
Este dispositivo analiza los fluidos y, cuando detectan la molécula, transfiere los datos a un ordenador o teléfono inteligente. Además, explican los investigadores, este sensor puede detectar muchos fluidos dependiendo de la proteína receptora utilizada, a diferencia de los dispositivos de diagnóstico actuales que únicamente capturan una molécula objetivo.
RECEPTORES SOLUBLES EN AGUA
Algunos estudios han buscado la fórmula para crear sensores que detecten cualquier partícula objetivo. Sin embargo, las investigaciones realizadas hasta la fecha se han encontrado con limitaciones. Las proteínas receptoras extraídas de la membrana celular solo se mantienen si se disuelven en detergente.
Estas células utilizan proteínas receptoras procedentes de las membranas celulares para monitorear. Los investigadores del MIT demostraron que, si intercambiaban aminoácidos hidrofóbicos por aminoácidos hidrofílicos, podrían transformar las proteínas hidrofóbicas en proteínas solubles en agua.
"La novedad de nuestro enfoque es que podemos hacerlos solubles en agua y podemos producirlos en grandes cantidades, por un precio más bajo"
“La gente ha tratado de usar receptores para detectar durante décadas, pero es un desafío para su uso generalizado porque los receptores necesitan detergente para mantenerse estables. La novedad de nuestro enfoque es que podemos hacerlos solubles en agua y podemos producirlos en grandes cantidades, por un precio más bajo”, explica Zhang.
Los investigadores estudiaron durante años las proteínas de la capa S, unas partículas bacterianas situadas en una capa exterior a la envoltura celular. Estas proteínas se cristalizan “formando matrices monomoleculares coherentes en una superficie”. Gracias a las partículas de la capa S, se creó una lámina inmovilizada y densa soluble en agua de la proteína CXCR4. La combinación de la proteína receptora CXCR4 con la molécula diana CXCL12 permite un diagnóstico más efectivo de algunas enfermedades humanas.
Gracias a la capa S cristalizada conectada a un chip con matrices de transistores basadas en grafeno, es más fácil cuantificar y transmitir la información al dispositivo electrónico final que dará el aviso. Además, este chip de grafeno está compuesto por proteínas receptoras con una densidad de un billón que permite aprovechar toda la sensibilidad de estas partículas.
“Lo que pretendemos es desarrollar la tecnología básica para habilitar un futuro dispositivo portátil que podamos integrar con teléfonos y ordenadores, para que puedas hacer una prueba en casa y saber rápidamente si debes ir al médico”, concluye Qing.