Se trata de sensores basados en nanoporos que, al capturar señales de moléculas individuales, permiten diagnosticar enfermedades mucho más rápidamente y con mayor precisión que las pruebas actuales. Debido a que las moléculas que los científicos quieren detectar (generalmente ciertas moléculas de ADN o proteínas) tienen aproximadamente una milmillonésima de metro de ancho, las señales eléctricas que producen son infinitamente pequeñas y requieren instrumentos de detección especializados.
El autor principal Kevin Freedman, profesor de bioingeniería en la UCR, comenta sobre el estado de la ciencia: “En este momento, se necesitan millones de moléculas para detectar enfermedades. Demostramos que es posible obtener datos útiles o incluso suficientes a partir de una sola molécula”.
1 molécula y un nivel suficiente de sensibilidad para el diagnóstico.
El equipo californiano está desarrollando detectores electrónicos que se comportan como neuronas en el cerebro y pueden retener recuerdos: más precisamente, recuerdos de moléculas que previamente han pasado por el sensor. Para ello, los científicos de la UCR desarrollaron un nuevo modelo de circuito que da cuenta de pequeños cambios en el comportamiento del sensor. En el corazón del circuito hay un nanoporo, una pequeña abertura a través de la cual pasan las moléculas una por una. Las muestras biológicas se cargan en el circuito con sales que se disocian en iones. Si las moléculas de proteína o ADN de la muestra pasan a través del poro, esto reduce el flujo de iones que pueden pasar. “Nuestro detector mide la reducción del flujo causada por una proteína o un fragmento de ADN que atraviesa y bloquea el paso de iones”.
Entonces el nanoporo no es sólo un sensorpero en sí mismo actúa como un filtro, reduciendo el ruido de fondo de otras moléculas en una muestra que podría enmascarar señales críticas.
Los sensores tradicionales requieren filtros externos para eliminar señales no deseadas y estos filtros pueden eliminar accidentalmente información valiosa de las muestras. El nuevo enfoque garantiza que se conserve la señal de cada molécula, lo que aumenta la precisión de las aplicaciones de diagnóstico.
¿Pronto pequeños kits de diagnóstico portátiles? Éste es el objetivo final de estos científicos que trabajan en un dispositivo basado en este principio, no mayor que una memoria USB, que podría detectar infecciones en una etapa temprana.
Si bien es posible que las pruebas actuales no detecten infecciones durante varios días después de la exposición, los sensores de nanoporos pueden detectar infecciones dentro de 24 a 48 horas.
Una ventaja significativa para enfermedades que se propagan rápidamente,
permitiendo una intervención y tratamiento más tempranos.
“Los nanoporos ofrecen una forma de detectar infecciones antes, antes de que aparezcan los síntomas y antes de que la enfermedad se propague. Este tipo de herramienta podría hacer que el diagnóstico precoz sea mucho más práctico para las infecciones virales pero también para las enfermedades crónicas”.
La investigación también marca un paso hacia secuenciación de proteínas de una sola molécula (o al nivel de una sola célula), un objetivo largamente buscado en biología. Mientras que la secuenciación del ADN revela instrucciones genéticas, la secuenciación de proteínas proporciona información sobre cómo estas instrucciones se expresan y modifican en tiempo real. En definitiva, una tecnología emergente que permite una detección más temprana de enfermedades y terapias más precisas y mejor personalizadas.
“Estamos convencidos de que los nanoporos pronto pasarán a formar parte de la vida cotidiana”.
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