Un equipo internacional de científicos ha creado un dispositivo portátil no invasivo que puede detectar biomarcadores de las enfermedades de Alzheimer y Parkinson. El biosensor también puede enviar los resultados de las pruebas de forma inalámbrica a una computadora portátil o un teléfono inteligente.
El dispositivo se probó con éxito en muestras in vitro de pacientes, demostrando una precisión comparable a los métodos de última generación actuales. La siguiente fase será realizar experimentos con muestras de saliva y orina utilizando este biosensor. Además, el dispositivo podría usarse para detectar biomarcadores para una variedad de otras afecciones.
Los investigadores dicen que el dispositivo se basa en la detección eléctrica en lugar de la detección química, lo que lo hace más fácil de implementar y más preciso. Los resultados de su investigación se publicaron recientemente en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
"Este sistema de diagnóstico portátil podría permitir pruebas en el hogar y en los puntos de atención (como clínicas y hogares de ancianos) para enfermedades neurodegenerativas a nivel mundial", dijo Ratnesh Lal, profesor de bioingeniería, ingeniería mecánica y ciencia de materiales en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego y uno de los autores correspondientes del artículo.
Necesidad urgente de detección temprana
Para 2060, aproximadamente 14 millones de estadounidenses se verán afectados por la enfermedad de Alzheimer. También están aumentando otras enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Parkinson. Las pruebas de última generación actuales para la enfermedad de Alzheimer y Parkinson requieren una punción lumbar y pruebas de imágenes, incluida una resonancia magnética. Como resultado, la detección temprana de la enfermedad es difícil ya que los procedimientos invasivos disuaden a los pacientes. Las pruebas también son difíciles para los pacientes que ya presentan síntomas, tienen movilidad limitada y no pueden llegar a un hospital o centro médico local con suficiente antelación.
Una hipótesis popular en el área donde Lal centra su investigación es que la enfermedad de Alzheimer es causada por péptidos amiloides solubles que se agregan en moléculas más grandes y forman canales iónicos en el cerebro.
Lal espera desarrollar una prueba que pueda detectar de forma no invasiva los péptidos beta amiloides y tau, biomarcadores de la enfermedad de Alzheimer, y la alfa-sinucleína, un biomarcador de la enfermedad de Parkinson, específicamente a partir de la saliva y la orina. Quiere confiar en las pruebas electrónicas en lugar de las pruebas químicas porque cree que las pruebas electrónicas son más fáciles de implementar y más precisas. También quiere construir un dispositivo que pueda transmitir de forma inalámbrica los resultados de las pruebas a los familiares y médicos de los pacientes. El dispositivo es la culminación de tres décadas de experiencia y colaboración con investigadores de todo el mundo, incluidos coautores de este trabajo de Texas y China.
Para hacer realidad la visión de Lal, él y sus colegas adaptaron un dispositivo que desarrollaron durante la pandemia de COVID para detectar picos y nucleoproteínas en virus vivos del SARS-CoV-2, que describieron en 2022 en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS). La miniaturización de chips y la automatización a gran escala de la fabricación de biosensores hicieron posible este avance.
Cómo se fabrica y funciona el dispositivo
El dispositivo descrito en el estudio de las Actas de 2023 de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) consiste en un chip con transistores de alta sensibilidad, comúnmente conocidos como transistores de efecto de campo (FET). En este caso, cada transistor consta de una capa de grafeno de un átomo de espesor (GFET, donde G significa grafeno) y tres electrodos: fuente y drenaje (conectados a los terminales positivo y negativo de la batería, utilizados para hacer fluir la corriente) y una compuerta (utilizada para controlar la cantidad de corriente).
Adjunta a la puerta hay una cadena de ADN que sirve como sonda que se une específicamente a la beta amiloide, tau o sinucleína. La unión de estas proteínas amiloides a sus sondas de cadena de ADN específicas, llamadas aptámeros, cambia la magnitud de la corriente entre la fuente y el drenaje. Este cambio de corriente o voltaje es la señal que se utiliza para detectar biomarcadores específicos, como las proteínas amiloides o COVID-19.
El equipo probó el dispositivo en amiloide derivado del cerebro de pacientes con Alzheimer y Parkinson. Los resultados experimentales muestran que el biosensor es capaz de detectar biomarcadores específicos para ambas enfermedades con mucha precisión, a la par de los métodos más modernos existentes. El dispositivo también funciona en concentraciones extremadamente bajas, lo que significa que requiere un pequeño volumen de muestra de sólo unos pocos microlitros.
Además, las pruebas demostraron que el dispositivo funciona bien incluso si las muestras analizadas contienen otras proteínas. La proteína tau es más difícil de detectar. Pero debido a que el dispositivo detecta tres biomarcadores diferentes, puede combinar los resultados de los tres para brindar un resultado general confiable.
La tecnología obtuvo la licencia de UC San Diego para AmperaLife, una startup de biotecnología. Lal es el presidente de la empresa, pero su investigación actualmente no está financiada por la empresa.
Los próximos pasos incluyen el uso del dispositivo para analizar plasma y líquido cefalorraquídeo y, eventualmente, muestras de saliva y orina. Las pruebas se realizarán en hospitales y residencias de ancianos. Si estas pruebas salen bien, AmperaLife planea solicitar la aprobación del dispositivo por parte de la FDA, que espera recibir dentro de los próximos cinco o seis meses. El objetivo final es tener el dispositivo en el mercado en el plazo de un año.
Compilado de ScitechDaily