Los investigadores del SFU Nanodevice Fabrication Group están desarrollando un nuevo biosensor que puede usarse para detectar la enfermedad de Alzheimer y otras enfermedades. Recientemente se ha publicado un resumen de su trabajo en la revista Comunicaciones de la naturaleza.
Su sensor funciona mediante la detección de un tipo particular de proteína pequeña, en este caso una citocina conocida como factor de necrosis tumoral alfa (TNF alfa), que está involucrada en la inflamación del cuerpo. Los niveles anormales de citocinas se han relacionado con una amplia variedad de enfermedades, incluida la enfermedad de Alzheimer, cánceres, enfermedades cardíacas, enfermedades autoinmunes y cardiovasculares.
El TNF alfa puede actuar como un biomarcador, una característica medible que indica el estado de salud.
COVID-19 también puede causar reacciones inflamatorias conocidas como «tormentas de citoquinas», y los estudios han demostrado que los inhibidores de citoquinas son un tratamiento eficaz para mejorar las posibilidades de supervivencia.
«Nuestro objetivo es desarrollar un sensor que sea menos invasivo, menos costoso y más simple de usar que los métodos existentes», dice el profesor asistente de ciencias de la ingeniería Michael Adachi, codirector del proyecto.
«Estos sensores también son pequeños y tienen potencial para colocarse en consultorios médicos para ayudar a diagnosticar diferentes enfermedades, incluida la enfermedad de Alzheimer».
Adachi dice que hay una serie de métodos establecidos para detectar proteínas biomarcadoras, como el ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA) y la espectrometría de masas, pero tienen varios inconvenientes. Estos métodos existentes son costosos, las muestras deben enviarse a un laboratorio para su análisis y los resultados pueden demorar un día o más.
Señala que su biosensor es extremadamente sensible y puede detectar TNF alfa en concentraciones muy bajas (10 fM), muy por debajo de las concentraciones que normalmente se encuentran en muestras de sangre sanas (200–300 fM).
Las pruebas de detección actuales para la enfermedad de Alzheimer incluyen un cuestionario para determinar si la persona tiene síntomas, imágenes cerebrales o un proceso de punción lumbar que implica la prueba de proteínas biomarcadoras en el líquido cefalorraquídeo del paciente potencial.
El equipo completó la etapa de prueba de concepto, demostrando que el sensor de diodo de dos electrodos es efectivo para detectar TNF alfa en un entorno de laboratorio. Planean probar el biosensor en ensayos clínicos para asegurarse de que sea capaz de detectar eficazmente proteínas biomarcadoras dentro de una muestra de sangre que contenga muchas proteínas de interferencia diferentes y otras sustancias.
«Seguiremos probando la capacidad del dispositivo para detectar las mismas proteínas utilizando fluidos corporales como muestras de sangre», dice el Ph.D. en ciencias de la ingeniería. estudiante Hamidreza Ghanbari. «El otro objetivo es usar el mismo dispositivo pero un receptor diferente para detectar proteínas que son más específicas para la enfermedad de Alzheimer».
Los investigadores también han presentado una solicitud de patente provisional ante la Oficina de Licencias de Tecnología (TLO) en SFU. El proyecto adopta un enfoque interdisciplinario que combina el liderazgo de Adachi en Ciencias de la Ingeniería y los profesores Karen Kavanagh en el Departamento de Física y Miriam Rosin en Fisiología Biomédica y Kinesiología (BPK).
«Necesitamos asegurarnos de que cada sensor esté hecho exactamente igual a la tolerancia requerida para la concentración que estamos tratando de predecir o detectar, y ese es el verdadero desafío», dice Kavanagh.
Cómo funciona
Kavanagh dice que su sensor depende de las propiedades de un tipo de semiconductor que se está estudiando por sus propiedades bidimensionales (2D), el disulfuro de molibdeno (MoS2). Este compuesto tiene propiedades diferentes en comparación con los semiconductores comunes, el silicio o el arseniuro de galio (GaAs), que son mucho más utilizados y mejor entendidos.
Whichhani De Silva es un egresado de Maestría en Ciencias de la Ingeniería que trabajó en el proyecto y enfatiza que el dispositivo se basa en la medición eléctrica.
«Básicamente, tenemos un semiconductor en el área de detección y cuando la proteína objetivo interactúa con el sensor, cambia la salida de la señal eléctrica», explica. «Al medir este cambio, podemos medir la concentración de la proteína presente en los fluidos corporales».
El equipo utiliza un tipo de nanomaterial llamado materiales bidimensionales, que son potencialmente atómicamente delgados y se utilizan como capa de detección. Las secuencias de ADN llamadas aptámeros se aplican encima de estos materiales 2D.
Una vez que se introduce una proteína biomarcadora en la superficie del sensor, provoca cambios mínimos en las propiedades eléctricas. Al observar la salida eléctrica de la capa de detección, pueden determinar la concentración de estas proteínas biomarcadoras en una solución simple.
Más información:
thushani de silva et al, sensores rápidos ultrasensibles de citoquinas basados en diodos bidimensionales de geometría asimétrica de mos2, Comunicaciones de la naturaleza (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35278-2
Citación: Científicos que desarrollan un sensor de detección temprana de la enfermedad de Alzheimer (18 de enero de 2023) recuperado el 18 de enero de 2023 de https://medicalxpress.com/news/2023-01-scientists-early-alzheimer-disease-sensor.html
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