Con ayuda de Internet de las cosas, bajo el paraguas de biosensores, investigadores japoneses han desarrollado un biosensor que tiene la habilidad de detectar, apoyándose en biomarcadores, la presencia de células malignas en la próstata con ultrasensibilidad.
Internet de las cosas es un concepto que se lleva utilizando un tiempo y que describe la red de objetos físicos (IoT) que llevan incorporados sensores, software y otras tecnologías con el fin de conectarse e intercambiar datos con otros dispositivos y sistemas a través de Internet.
Estos dispositivos van desde objetos domésticos comunes hasta herramientas industriales sofisticadas, sin olvidar ingenios biomédicos. Se estima que para el año 2025 habrá más de 22.000 millones de dispositivos IoT.
El equipo de investigadores multidisciplinares del profesor Kazuhiro Takahashi, del Departamento de Ingeniería de la Universidad Tecnológica de Toyohashi, ha desarrollado un sensor semiconductor que tiene la peculiaridad de detectar concentraciones ultrabajas de marcadores tumorales en chips.
Como detallan en un estudio experimental que aparece en Sensors, han conseguido fabricarlo con tecnología avanzada de semiconductores.
Así, han logrado detectar únicamente antígenos del cáncer de próstata mediante la adsorción de moléculas marcadoras, derivadas de enfermedades contenidas en la sangre y otros fluidos corporales, en la superficie de una nanolámina que se deforma de forma flexible.
Los dispositivos de medición que realizan pruebas de enfermedades de manera simple y rápida a partir de pequeñas cantidades de sangre, orina, saliva y otros fluidos corporales, son muy importantes para un diagnóstico preciso y para verificar la eficacia de los tratamientos terapéuticos.
Es bien sabido que las sustancias que cambian de concentración según enfermedades específicas contenidas en dichos fluidos corporales se denominan biomarcadores. Como ejemplo, se ha demostrado que los pacientes graves de Covid-19 tienen diferentes concentraciones de múltiples biomarcadores en la sangre.
Biosensores portátiles con ‘Internet de las cosas’
En relación con este trabajo, una de las pruebas de marcadores más utilizadas es la del PSA. Se trata de un marcador que aumenta en la sangre como consecuencia del cáncer de próstata. La detección de marcadores de saliva también se lleva a cabo como forma menos invasiva de prueba de riesgo de cáncer.
El equipo de prueba de marcadores que se ha puesto en uso práctico hasta ahora es un método de detección que lee los cambios de color, utilizando un agente de etiquetado. Debido a que lleva tiempo y esfuerzo realizar el etiquetado, muchos de los dispositivos utilizados tienen gran tamaño y su uso se limita a pruebas en hospitales grandes.
Estos científicos opinan que, con los biosensores de Internet de las cosas portátiles, se ampliarán las oportunidades de detección y contribuirán a una mayor implantación de la telemedicina.
El equipo de investigadores trabaja con un chip experimental que utiliza nanoláminas que se deforman de manera flexible. Se han construido con tecnología de micromáquinas de semiconductores, con el fin de determinar la presencia de enfermedades.
Como explican, el principio del método es que los anticuerpos que capturan las moléculas marcadoras (antígenos) que se van a detectar se fijan en la nanolámina con anticipación y se lee la deformación de la película delgada, causada por la fuerza de los antígenos adsorbidos que se repelen eléctricamente entre sí.
Sin embargo, en este sensor, que fue diseñado para deformarse sensiblemente en respuesta a la absorción de biomoléculas, había un problema en el que la película se deterioraba como resultado de la fijación de anticuerpos.
Detección rápida de enfermedades
En el pasado, la capa biológica funcional en la superficie se producía mediante recubrimiento por rotación e irradiación ultravioleta, pero consideraron que la irradiación ultravioleta era uno de los factores que degradaban las películas de nanoláminas.
Cambiaron los materiales utilizados del método convencional para, en su lugar, depositar la capa funcional mediante deposición de vapor químico. Como resultado, crearon un chip sensor más fino, más uniforme y menos degradado.
Usando los biosensores desarrollados en esta ocasión, el equipo realizó un experimento para detectar biomarcadores de cáncer de próstata y logró detectar 100 attogramos (un attogramo es la trillonésima parte de un gramo) contenidos en un mililitro de líquido.
Esta concentración de detección de límite inferior es comparable a la de los dispositivos de prueba grandes que usan agentes de etiquetado y se puede esperar que se aplique en pruebas ultrasensibles con dispositivos de prueba a escala portátil.
Además, dado que es posible detectar cómo se deforman las nanoláminas por absorción de moléculas en tiempo real, es posible detectar moléculas derivadas de enfermedades más rápido que con equipos de prueba que utilizan agentes de etiquetado.
Como adelanta el profesor Kazuhiro Takahashi, el siguiente paso es demostrar que los biomarcadores pueden detectarse en sensores de semiconductores que integran circuitos integrados analíticos, con el objetivo de aplicaciones prácticas en equipos portátiles.
En este sentido, puntualiza que la sustitución de las moléculas de sonda aplicadas a la superficie de las nanoláminas permitirá la creación de numerosos tipos de pruebas integrales de diagnóstico de enfermedades.
Al implementar biosensores de Internet de las cosas, este equipo de investigadores nipones tiene como objetivo ayudar a crear una sociedad en la que todos puedan realizar pruebas fácilmente y someterse a exámenes médicos de forma remota (telemedicina).
