Un estudio puede ayudar a desarrollar biosensores para el diagnóstico no invasivo de enfermedades

Científicos brasileños ponen a prueba la capacidad de distintos materiales para producir detectores del gen PCA3, que codifica a un antígeno específico del cáncer de próstata. Esta técnica puede aplicarse también para diagnosticar dolencias infecciosas, entre ellas el COVID-19

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – La eficacia de los biosensores que se emplean en análisis clínicos depende críticamente de la superficie de los dispositivos, sobre la cual se inmoviliza a las moléculas de biorreconocimiento. Dicha superficie puede ajustarse y, en ocasiones, puede controlársela empleando como matrices monocapas moleculares autoorganizadas. Estas monocapas son películas compuestas por moléculas orgánicas que, en condiciones adecuadas, se organizan espontáneamente sobre superficies metálicas mediante uniones químicas entre los átomos de azufre y el metal.

En el marco de un estudio realizado en el Instituto de Física de São Carlos de la Universidad de São Paulo (IFSC-USP), en Brasil, se comparó el desempeño de dos tipos de monocapas autoorganizadas: una formada por ácido mercaptoacético (AMA) en agua y etanol y la otra por ácido 11-mercaptoundecanoico (11-AMU) en etanol. Las respectivas películas se evaluaron en lo concerniente a su capacidad para producir sensores destinados a la detección del gen PCA3, que codifica a un antígeno específico del cáncer de próstata.

“Demostramos que la inmovilización eficiente de una cadena simple de ADN para detectar el gen PCA3 puede lograrse aun en monocapas menos organizadas, siempre y cuando se ionicen los grupos terminales”, le dice a Agência FAPESP el investigador Paulo Augusto Raymundo Pereira, principal autor del estudio.

Y un artículo al respecto salió publicado en The Journal of Physical Chemistry C.

Esta investigación contó con el apoyo de la FAPESP a través de una beca posdoctoral otorgada a Pereira, como así también de otra beca similar y de una Ayuda Regular de Investigación concedidas a otros participantes. La fundación también aportó financiamiento en el marco del Proyecto Temático intitulado “Rumbo a la convergencia de tecnologías. De los sensores y biosensores a la visualización de información y el aprendizaje de máquinas para el análisis de datos en diagnósticos clínicos”, coordinado por Osvaldo Novais de Oliveira Junior, supervisor de Pereira.

“Este estudio puso en evidencia que las diferencias en el desempeño de los biosensores elaborados con películas de AMA y 11-AMU no obedecen únicamente a la organización de las monocapas. La ionización de grupos carboxilato es importante. Por eso es necesario conocer las condiciones adecuadas para la formación de las películas con estas características”, informa Pereira.

Toda vez que la molécula de AMA se ha mostrado prometedora para matrices de biosensores, la comparación entre las distintas condiciones de preparación, investigada en el estudio referido, puede contribuir para la obtención de películas de alta calidad. “Este conocimiento puede hacer su aporte a la construcción de otros tipos de matrices preparadas con monocapas. Es algo que ahora se encuentra disponible para cualquier investigador. Como resultado colateral, en nuestro propio grupo se creó otro biosensor para la detección del COVID-19”, comenta Pereira.

El investigador hace hincapié en la importancia de la construcción de biosensores no invasivos, y más todavía ahora, cuando el aislamiento social que impone la pandemia ha puesto en el tapete a la telemedicina. “En el diagnóstico y el monitoreo de la evolución del cáncer de próstata, que constituyó nuestra prueba de concepto, el procedimiento estándar consiste en cuantificar la concentración del antígeno prostático específico o PSA. Para ello es necesario extraer una muestra de sangre del paciente, que es un procedimiento invasivo. Y el resultado no siempre es conclusivo, pues existe un alto porcentaje de falsos positivos, con elevados niveles de concentración de PSA que pueden estar asociados con la inflamación de la próstata, por ejemplo. En dichos casos, la recomendación médica apunta hacia la biopsia, que es más invasiva aún. En tanto, al antígeno que el gen PCA3 codifica puede detectárselo en la orina de cualquier persona, mediante el empleo de un biosensor que eventualmente se venderá en las farmacias”, afirma.

Según Oliveira Junior, “los dos aportes del trabajo están relacionados con un diagnóstico más preciso del cáncer de próstata y con la posibilidad de reemplazar técnicas de detección como la del test de PCR (del inglés polymerase chain reaction), que es esencial no solamente para el diagnóstico de cáncer, sino también para el de otras enfermedades, el COVID-19 inclusive”.

Aparte del grupo del IFSC-USP, participaron en el estudio científicos del Laboratorio Nacional de Nanofabricación del Centro Nacional de Investigaciones en Energía y Materiales (LNNano-CNPEM), del Hospital de Amor de Barretos, también en el estado de São Paulo, y del Instituto de Pesquisa Pelé Pequeno Príncipe de Curitiba, en el estado del Paraná.

Puede accederse a la lectura del artículo intitulado Influence of the molecular orientation and ionization of self-assembled monolayers in biosensors: application to genosensors of prostate cancer antigen 3 en el siguiente enlace: pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.0c09055.