Biosensor identifica en la saliva una proteína asociada a la depresión y la esquizofrenia

Dispositivo de bajo costo detecta rápidamente las concentraciones de BDNF; científica de la Universidad de São Paulo afirma que el próximo paso es obtener la patente.

Por Luciana Constantino | Agência FAPESP – Investigadores brasileños desarrollaron un biosensor portátil y de bajo costo capaz de identificar rápidamente una proteína cuyos niveles alterados están asociados a trastornos psiquiátricos como la depresión, la esquizofrenia y el trastorno bipolar. En el futuro, cuando esté disponible en el mercado, podría contribuir a la detección precoz, esencial para el tratamiento y el seguimiento del cuadro clínico de los pacientes.

Fruto de la colaboración entre investigadores de la Universidad de São Paulo (USP) y de Embrapa Instrumentación –unidad descentralizada de la Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa)–, el biosensor consiste en una tira flexible con electrodos que, integrada a un analizador portátil, evalúa gotas de saliva humana. En menos de tres minutos proporciona la concentración de BDNF (sigla en inglés de Brain-Derived Neurotrophic Factor ), una proteína que actúa en el crecimiento y mantenimiento de las neuronas, siendo crucial para el desarrollo de funciones cerebrales como el aprendizaje y la memoria.

Publicado en la revista ACS Polymers Au, el estudio muestra que el dispositivo logró medir de forma confiable concentraciones extremadamente bajas de la proteína en un amplio rango de muestras de saliva (de 10⁻²⁰ a 10⁻¹⁰ gramos por mililitro), hasta cantidades mínimas pero aún detectables (1.0 × 10⁻²⁰ gramo por mililitro).

Con capacidad de almacenamiento a largo plazo, el biosensor tiene un costo estimado de US$2.19 por unidad, es decir, menos de R$ 12.00 al tipo de cambio actual. El siguiente paso, según los científicos, es obtener la patente.

“Existen pocos sensores que realizan este tipo de análisis y el nuestro fue el que presentó el mejor desempeño. Detectó un amplio rango de concentraciones, resultado muy positivo desde el punto de vista clínico. Cuando el nivel de la proteína es muy bajo, puede servir como alerta para enfermedades y trastornos psiquiátricos. Por otro lado, al poder señalar un aumento del BDNF, también contribuye como herramienta para monitorear la evolución del paciente según el tratamiento”, explica a la Agência FAPESP el investigador del Instituto de Física de São Carlos (IFSC-USP) y autor correspondiente del artículo, Paulo Augusto Raymundo Pereira.

Con experiencia en las áreas de química y biotecnología, Pereira ha venido trabajando con sensores flexibles y biosensores electroquímicos. El año pasado fue uno de los autores de un artículo en el Chemical Engineering Journal que presentó los resultados de un sensor portátil para el autoanálisis de orina destinado a detectar marcadores de enfermedades como la gota y el Parkinson (lea más aquí: https://agencia.fapesp.br/51163).

Relación con trastornos

La literatura científica señala que los niveles bajos de BDNF son uno de los factores involucrados en algunos trastornos neurológicos y psiquiátricos, asociados al deterioro cognitivo. Es el caso, por ejemplo, de la depresión. La restauración del efecto de esta proteína, por su parte, está relacionada con el uso de antidepresivos. Las personas sanas presentan niveles de BDNF superiores a 20 nanogramos por mililitro (ng/mL), mientras que quienes padecen trastorno depresivo mayor (TDM) pueden tener menos de 10 o 12 ng/mL.

Datos de la Organización Mundial de la Salud (OMS) indican que más de mil millones de personas viven con trastornos mentales —la ansiedad y la depresión son las condiciones más prevalentes. De acuerdo con los informes de la organización, incluido el Atlas de la Salud Mental 2024, la prevalencia de estos trastornos ha aumentado en todos los países, afectando a personas de todas las edades y niveles de ingreso.

En Brasil, las licencias laborales por problemas de salud mental crecieron un 134 % entre 2022 y 2024, pasando de 201 mil a 472 mil casos. Estas fueron provocadas principalmente por episodios depresivos, ansiedad y depresión recurrente, según el Observatorio de Seguridad y Salud en el Trabajo.

“El aumento de los casos de trastornos mentales y el consecuente crecimiento en el uso de medicamentos, especialmente después de la pandemia de COVID-19, nos motivaron a trabajar con este tema y buscar alternativas”, añade Pereira, quien cuenta con el apoyo de la FAPESP mediante becas (16/01919-6, 23/09685-8 y 22/02164-0).

El dispositivo

Los investigadores desarrollaron una tira flexible serigrafiada sobre una base de película de poliéster con electrodos: uno de trabajo funcionalizado, uno auxiliar de carbono puro y uno de referencia de plata.

El electrodo de trabajo fue modificado con nanoesferas de carbono. Se le aplicó una capa de dos compuestos químicos —polietilenimina y glutaraldehído— para aumentar la sensibilidad y actuar como matriz de inmovilización del anticuerpo de captura específico de BDNF (anti-BDNF). Para evitar otros tipos de interacción, se añadió una capa reactiva de etanolamina.

La detección de BDNF se realiza a partir de la formación de inmunocomplejos antígeno-anticuerpo, lo que incrementa la resistencia a la transferencia electrónica en la superficie sensora. Este aumento es captado mediante una técnica llamada espectroscopia de impedancia electroquímica, utilizada para estudiar los procesos que ocurren en la interfaz entre un electrodo y una solución.

Los resultados pueden mostrarse en tiempo real en un dispositivo móvil (smartphone) mediante comunicación inalámbrica (bluetooth).

Actualmente, las técnicas utilizadas para analizar los niveles de BDNF incluyen el ensayo inmunoenzimático (ELISA), la electroquimioluminiscencia, la fluorescencia y la cromatografía líquida de alta eficiencia (HPLC), que requieren tiempo, grandes volúmenes de muestra y laboratorios especializados.

“Nos dirigimos hacia una medicina personalizada, en la que los tratamientos serán cada vez más adaptados a cada individuo. En el caso del biosensor, este puede optimizarse para atender distintos perfiles”, afirma el investigador.

La FAPESP también apoyó el estudio mediante el Proyecto Temático “Rumbo a la convergencia de tecnologías: de sensores y biosensores a la visualización de información y el aprendizaje automático para el análisis de datos en diagnóstico clínico” y de otros dos proyectos (23/07686-7 y 20/09587-8).

Forman parte del equipo los investigadores Nathalia Gomes, Marcelo Luiz Calegaro, Luiz Henrique Capparelli Mattoso, Sergio Antonio Spinola Machado y Osvaldo de Oliveira Junior.

El artículo Low-cost, disposable biosensor for detection of the brain-derived neurotrophic factor biomarker in noninvasively collected saliva toward diagnosis of mental disorders puede leerse en: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acspolymersau.5c00038.