Desarrollan en la UNAM Inmunosensor óptico para diagnóstico de tuberculosis

By on febrero 25, 2021
tuberculosis
  • El dispositivo es más confiable para el diagnóstico de la tuberculosis que los métodos convencionales para la detección de esta enfermedad.

Gaceta UNAM

Investigadores de la UNAM desarrollaron un inmunosensor interferométrico, dispositivo más confiable para el diagnóstico de la tuberculosis que los métodos convencionales para la detección de esta enfermedad.

Es más eficaz y más rápido para la detección y menos subjetivo que el cultivo rutinario de esputo y la prueba cutánea de la tuberculina que por décadas se han utilizado en los laboratorios y hospitales.

El uso de este sensor interferométrico no sólo podría ayudar al diagnóstico oportuno de la tuberculosis, sino que además se puede fabricar fácilmente y en serie.

Fue desarrollado por Mildred S. Cano Velázquez (como parte de su investigación doctoral), Juan Hernández Cordero (director de su tesis) y Luz María Lopez Marín (como asesora en el área de bioreconocimiento).

La señal interferométrica

La funcionalidad del inmunosensor interferométrico está basada en un principio básico de la óptica: la interferencia de ondas de luz, que en este caso se genera en la punta de una fibra óptica.

La señal interferométrica se ve afectada cuando hay una interacción entre los anticuerpos que genera la bacteria de la tuberculosis y el sensor funcionalizado, dice el doctor Hernández Cordero, del Instituto de Investigaciones en Materiales.

Esa afectación a la señal interferométrica es registrada, medida y analizada mediante un software desarrollado por la doctora Cano Velázquez, también del IIM, quien además desarrolló un método para fabricar de manera controlada el inmunosensor de fibra óptica.

Los otros métodos

Para el diagnóstico de la tuberculosis, mediante cultivo rutinario de esputo, la persona tose profundamente, escupe en un recipiente estéril y se analiza si hay proliferación de bacterias en la muestra. La prueba de la tuberculina consiste en la inyección de esta sustancia en el individuo. En el caso de alguien infectado con tuberculosis, la inyección producirá una roncha.

Ninguno de estos dos métodos es 100 por ciento confiable porque —dice Hernández Cordero— al final la interpretación de las pruebas está basada en la experiencia del personal médico y ambas necesitan pruebas adicionales para confirmar el diagnóstico.

Hay pruebas más modernas (basadas en reacción en cadena de la polimerasa), pero —agrega Cano Velázquez— son costosas y es poco viable que un país como México pueda implementarlas de forma masiva en su sistema de salud.

Detección en tiempo real

Para la fabricación de los inmunosensores (basados en interferómetros Fabry-Perot), las puntas de fibra óptica se recubrieron con un polímero comercial llamado polidimetilsiloxano (PDMS), el cual sirve como soporte para lípidos activos de Mycobacterium fortuitum, “utilizado como fuente sustituta de antígenos para el diagnóstico de tuberculosis”.

Los sensores con lípidos activos fueron sumergidos en diferentes sueros de conejo que contenían anticuerpos contra Mycobacterium fortuitum. Luego se registraron los cambios en las características espectrales de los sensores, los cuales están asociados a las interacciones entre esos lípidos y los anticuerpos.

Los resultados muestran que los inmunosensores diferencian bien sueros que contienen anticuerpos. Permiten también una detección en tiempo real y las puntas de fibra óptica son reutilizables. “Se pueden lavar y volver a utilizar varias veces”, dice Hernández Cordero.

Existe otro método diagnóstico basado en fibras ópticas: BioLayer Interferometry; pero los métodos para adherir los antígenos a las puntas de esta tecnología son complejos. Además es costosa ya que las puntas se desechan al finalizar cada prueba.

Plataforma versátil

El inmunosensor de fibra óptica es una plataforma general de bioreconocimiento de interacciones antígeno-anticuerpos, aunque en principio el proyecto de Mildred S. Cano Velázquez se enfocó en su potencial aplicación para el diagnóstico de tuberculosis. .

Para Cano Velázquez, es una plataforma versátil ya que la técnica interferométrica usada podría eventualmente tener aplicación en la detección de anticuerpos o antígenos generados por otras bacterias y virus, incluyendo al SARS-CoV2.

La clave, dice Hernández Cordero, es encontrar antígenos o anticuerpos que se puedan adherir a las puntas de fibra óptica recubiertas con polidimetilsiloxano o con otro polímero.

En el caso de la tuberculosis, el conocimiento bioquímico de la doctora Luz María López Marín, del Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada, fue fundamental para entender el bioreconocimiento, es decir cómo es la adhesión de los antígenos a la puntas recubiertas con el polímero PDMS y la posterior detección de anticuerpos.

En México, apunta Hernández Cordero, existen grupos de investigación que exploran propuestas de biosensores para hacer pruebas de diagnóstico de SARS-CoV2 con técnicas ópticas. Las condiciones de contingencia sanitaria que hemos vivido, han impulsado nuevos desarrollos en la tecnología de biosensores ópticos. Eventualmente se espera que sean eficaces para hacer pruebas rápidas de Covid19, así como fáciles de fabricar en serie y a bajo costo.

Falta optimizar el biosensor

Mildred S. Cano Velázquez, durante su doctorado, se enfocó también en fabricar sensores en forma controlada, de las mismas dimensiones para que la respuesta interferométrica fuera igual, y los probó en sueros tuberculosos, para determinar su potencial uso como prueba de diagnóstico.

Aún falta, reconocen Cano y Hernández, más pruebas y experimentos para optimizar el sensor para que esté listo para su transferencia tecnológica. “Estamos como a la mitad de un prototipo para llevarlo al siguiente nivel”.

Finalmente, Cano subraya la ventaja de usar en estos inmunosensores la lipidómica en vez de la proteómica, tan en boga ahora “en todos las aplicaciones y los desarrollos tecnológicos”. Los lípidos que son adheridos al polímero que recubre las fibras ópticas, pueden permanecer secos y seguir siendo funcionales; no tienen que estar en un medio acuoso, como en el caso de las proteínas, para que no se desnaturalicen.

Con la lipidómica, puntualiza Cano Velázquez, hemos comprobado que se puede hacer una herramienta de sensado con lípidos, que puede servir para el diagnóstico de tuberculosis y que abre un nuevo campo para explorar otras potenciales aplicaciones.

Recuadro

Cómo funciona el inmunosensor

1. Una fibra óptica vertical se sumerge en el polímero (PDMS) y se extrae en forma controlada.
2. La punta con el polímero se sumerge en lípidos y se saca. Eso es ya el sensor funcionalizado.
3. Esas adhesiones generan superficies reflejantes o interferométricas.
Cuando se adhiere el antígeno a la punta, hay cambios ópticos en la superficie del lípido adherido al polímero.
4. Ya con el antígeno, la punta se sumerge en suero de conejo que contiene anticuerpos, los cuales se adhieren al antígeno.
5. Esta adhesión cambia nuevamente las propiedades ópticas de las superficies reflejantes. Por tanto, cambia también el patrón de interferencia.
6. Se monitorean los patrones de interferencia para ver si hay o no adhesión de antígeno-anticuerpo, que son como una llave y un candado.
7. No hay adhesión al antígeno cuando el suero no contiene anticuerpos.
8. Los patrones de interferencia se captan, procesan y analizan mediante un software para diagnosticar si hay o no tuberculosis.

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