Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado un dispositivo portátil no invasivo que puede detectar biomarcadores de las enfermedades de Alzheimer y Parkinson. El biosensor también puede transmitir los resultados de forma inalámbrica a una computadora portátil o un teléfono inteligente.

El equipo probó el dispositivo en muestras in vitro de pacientes y demostró que es tan preciso como lo último en tecnología. En última instancia, los investigadores planean analizar muestras de saliva y orina con el biosensor. El dispositivo también podría modificarse para detectar biomarcadores de otras afecciones.

Los investigadores presentan sus hallazgos en la edición del 13 de noviembre de 2023 de Proceedings of the National Academy of Sciences.

El dispositivo se basa en una detección eléctrica en lugar de química, lo que, según los investigadores, es más fácil de implementar y más preciso.

«Este sistema de diagnóstico portátil permitiría realizar pruebas en el hogar y en los puntos de atención, como clínicas y hogares de ancianos, para detectar enfermedades neurodegenerativas en todo el mundo», dijo Ratnesh Lal, profesor de bioingeniería, ingeniería mecánica y ciencia de materiales en la Escuela de Ciencias Jacobs de UC San Diego. Ingeniería y uno de los autores correspondientes del artículo.

Para el año 2060, alrededor de 14 millones de estadounidenses sufrirán la enfermedad de Alzheimer. También están aumentando otras enfermedades neurodegenerativas, como el Parkinson. Los métodos de prueba más modernos actuales para el Alzheimer y el Parkinson requieren una punción lumbar y pruebas de imagen, incluida una resonancia magnética. Como resultado, la detección temprana de la enfermedad es difícil, ya que los pacientes se resisten a los procedimientos invasivos. Las pruebas también son difíciles para los pacientes que ya presentan síntomas y tienen dificultades para moverse, así como para aquellos que no tienen acceso temprano a hospitales o instalaciones médicas locales.

Una de las hipótesis predominantes en este campo, en la que se ha centrado Lal, es que la enfermedad de Alzheimer es causada por péptidos amiloides solubles que se unen en moléculas más grandes, que a su vez forman canales iónicos en el cerebro.

Lal quería desarrollar una prueba que fuera capaz de detectar los péptidos beta amiloides y tau (biomarcadores del Alzheimer) y proteínas alfa sinucleína (biomarcadores del Parkinson) de forma no invasiva, específicamente a partir de saliva y orina. Quería confiar en la detección eléctrica en lugar de química, ya que cree que es más fácil de implementar y más precisa. También quería construir un dispositivo que pudiera transmitir de forma inalámbrica los resultados de las pruebas a los familiares y médicos del paciente.

El dispositivo es el resultado de sus tres décadas de experiencia, así como de su colaboración con investigadores de todo el mundo, incluidos los coautores de este trabajo de Texas y China.

«Estoy tratando de mejorar la calidad de vida y salvar vidas», afirmó.

Para hacer realidad la visión de Lal, él y sus colegas adaptaron un dispositivo que desarrollaron durante la pandemia de COVID para detectar las proteínas de pico y nucleoproteína en el virus vivo SARS-CoV-2, que describieron en PNAS en 2022 . Ese avance fue posible gracias a la miniaturización de los chips y a la automatización a gran escala de la fabricación de biosensores.

Cómo se fabrica el dispositivo y cómo funciona

El dispositivo descrito en el estudio PNAS de 2023 , consta de un chip con un transistor de alta sensibilidad, comúnmente conocido como transistor de efecto de campo (FET). En este caso, cada transistor está hecho de una capa de grafeno que tiene un solo átomo de espesor (GFET, donde la G significa grafeno) y tres electrodos (electrodos de fuente y electrodos de drenaje), conectados a los polos positivo y negativo de una batería, para fluir. corriente eléctrica y un electrodo de compuerta para controlar la cantidad de flujo de corriente.

Conectada al electrodo de puerta hay una única hebra de ADN, que sirve como sonda que se une específicamente a las proteínas amiloide beta, tau o sinucleína. La unión de estos amiloides con su sonda de cadena de ADN específica, llamada aptámero, cambia la cantidad de flujo de corriente entre la fuente y el electrodo de drenaje. El cambio en esta corriente o voltaje es la señal utilizada para detectar biomarcadores específicos, como amiloides o proteínas COVID 19.

El equipo de investigación probó el dispositivo con proteínas amiloides derivadas del cerebro de pacientes fallecidos con Alzheimer y Parkinson. Los experimentos demostraron que los biosensores podían detectar biomarcadores específicos para ambas condiciones con gran precisión, a la par con los métodos de última generación existentes. El dispositivo también funciona en concentraciones extremadamente bajas, lo que significa que necesita pequeñas cantidades para las muestras, hasta unos pocos microlitros.

Además, las pruebas demostraron que el dispositivo funcionó bien incluso cuando las muestras analizadas contenían otras proteínas. Las proteínas tau fueron más difíciles de detectar. Pero debido a que el dispositivo analiza tres biomarcadores diferentes, puede combinar los resultados de los tres para llegar a un resultado general confiable.

La tecnología ha sido licenciada por UC San Diego a una startup de biotecnología Ampera Life. Lal es el presidente de la empresa, pero no recibe apoyo financiero de la empresa para su investigación.

Los siguientes pasos incluyen analizar el plasma sanguíneo y el líquido cefalorraquídeo con el dispositivo y, finalmente, muestras de saliva y orina. Las pruebas se llevarían a cabo en entornos hospitalarios y residencias de ancianos. Si esas pruebas salen bien, Ampera Life planea solicitar la aprobación de la FDA para el dispositivo, con suerte en los próximos cinco o seis meses. El objetivo final es tener el dispositivo en el mercado en un año.

Fuente: medicalxpress.com