{"id":261433,"date":"2018-08-21T17:18:26","date_gmt":"2018-08-21T20:18:26","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=261433"},"modified":"2018-09-19T20:00:43","modified_gmt":"2018-09-19T23:00:43","slug":"biosensores-en-medicina","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/biosensores-en-medicina\/","title":{"rendered":"Biosensores en medicina"},"content":{"rendered":"

Avances recientes en el terreno de la biolog\u00eda molecular est\u00e1n ampliando las posibilidades de uso de biosensores en el diagn\u00f3stico y la prevenci\u00f3n de enfermedades. Estos dispositivos, desarrollados con base en elementos de reconocimiento biol\u00f3gico tales como ant\u00edgenos y anticuerpos, pueden convertirse en aparatos port\u00e1tiles y baratos similares a los utilizados en la medici\u00f3n de los niveles de glucosa en la sangre. Ampliamente utilizados en otros pa\u00edses, los biosensores atraen cada vez m\u00e1s la atenci\u00f3n de grupos de investigaci\u00f3n brasile\u00f1os, que en los \u00faltimos a\u00f1os han pasado a trabajar en dispositivos destinados espec\u00edficamente a la detecci\u00f3n de enfermedades infecciosas olvidadas, asociadas a la pobreza y a la falta de saneamiento b\u00e1sico. Tal es el caso de los cient\u00edficos del Grupo de Nanomedicina y Nanotoxicolog\u00eda del Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IFSC-USP). Desde 2010, estos investigadores trabajan en el desarrollo de un conjunto de sensores capaces de detectar se\u00f1ales de diversas enfermedades. De mostrarse eficaces en los pr\u00f3ximos estadios de evaluaci\u00f3n, estos aparatos pueden erigirse en una alternativa a los ex\u00e1menes realizados en laboratorios de an\u00e1lisis cl\u00ednicos y utilizarse en consultorios m\u00e9dicos o en manos de los agentes sanitarios en sus visitas domiciliarias a las personas que viven en zonas remotas de Brasil.<\/p>\n

En Estados Unidos, los m\u00e9dicos est\u00e1n utilizando desde hace alg\u00fan tiempo los biosensores para acelerar los resultados de an\u00e1lisis o en el monitoreo de las condiciones de salud de individuos acometidos por enfermedades tales como el sida y la hepatitis C. En otras situaciones ayudan a medir los niveles de ox\u00edgeno o alcohol en la sangre, como en el caso de un biosensor flexible creado por cient\u00edficos de la Universidad de California en San Diego. Tambi\u00e9n los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de dicho pa\u00eds se abocan a investigaciones destinadas a la concepci\u00f3n de biosensores m\u00e9dicos basados en sistemas diversos, ya sea de atracci\u00f3n qu\u00edmica, de corrientes el\u00e9ctricas y detecci\u00f3n de luz, entre otros.<\/p>\n

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L\u00e9o Ramos Chaves <\/span><\/a> Microbalanza de cristal de cuarzo…L\u00e9o Ramos Chaves <\/span><\/p><\/div>\n

En el IFSC-USP, uno de los biosensores m\u00e9dicos en estadio m\u00e1s avanzado de desarrollo es el de diagn\u00f3stico del dengue, una enfermedad que acomete a 390 millones de personas en el mundo anualmente, de acuerdo con la Organizaci\u00f3n Mundial de la Salud (OMS). Este dispositivo se basa en la detecci\u00f3n el\u00e9ctrica de la prote\u00edna NS1, secretada por el virus en la corriente sangu\u00ednea durante los primeros d\u00edas despu\u00e9s de la infecci\u00f3n. Esa prote\u00edna, un ant\u00edgeno, induce una respuesta inmunitaria en el organismo humano para producir anticuerpos contra ella. El problema reside en que eso sucede solamente despu\u00e9s del quinto d\u00eda, lo que dificulta la detecci\u00f3n precoz de la enfermedad. Para acelerar este proceso, los f\u00edsicos Nirton Cristi y Alessandra Figueiredo, bajo la coordinaci\u00f3n del ingeniero de materiales Valtencir Zucolotto y del f\u00edsico Francisco Guimar\u00e3es, desarrollaron un sistema de diagn\u00f3stico del dengue con base en la inmunoglobulina IgY, un anticuerpo que combate a la NS1.<\/p>\n

La IgY fue aislada de gallinas inoculadas con NS1 y luego inmovilizada en un electrodo de oro acoplado a un circuito sobre el cual existe un flujo constante de electrones. La idea es que el examen se realice con una gota de sangre sobre el dispositivo. De haber infecci\u00f3n, al entrar en contacto con la NS1, la inmunoglobulina IgY altera el flujo de electrones produciendo una se\u00f1al, que queda registrada y es procesada por un software<\/em>. El resultado sale a lo sumo en 20 minutos. \u201cCuanto mayor es la concentraci\u00f3n de NS1 en el electrodo, m\u00e1s intensa ser\u00e1 la alteraci\u00f3n del potencial el\u00e9ctrico\u201d, explica Nirton Cristi, en la actualidad docente en el Instituto de Ciencia y Tecnolog\u00eda de la Universidad Federal de S\u00e3o Paulo (Unifesp), en S\u00e3o Jos\u00e9 dos Campos. Este proyecto se desarroll\u00f3 junto con la empresa DNApta Biotecnologia, con sede en S\u00e3o Jos\u00e9 do Rio Preto, que comparte los derechos de la patente de la tecnolog\u00eda.<\/p>\n

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Cleverton Pirich<\/span><\/a> …utilizada por los cient\u00edficos de la UFPR en el desarrollo de un aparato destinado al diagn\u00f3stico del dengueCleverton Pirich<\/span><\/p><\/div>\n

Mediante un abordaje distinto, la profesora Maria Rita Sierakowski y el doctorando Cleverton Luiz Pirich, del grupo BioPol de la Universidad Federal de Paran\u00e1 (UFPR), crearon un biodispositivo de detecci\u00f3n de la NS1 basado en una microbalanza de cuarzo con sensores piezoel\u00e9ctricos capaces de generar corriente el\u00e9ctrica cuando se deforman debido a la acci\u00f3n de una presi\u00f3n mec\u00e1nica. Este sistema se desarroll\u00f3 en colaboraci\u00f3n con el Instituto de Qu\u00edmica de la USP. Est\u00e1 compuesto por un cristal de cuarzo, un electrodo de oro revestido con polietilenimina y nanopel\u00edculas de nanocristales de celulosa bacteriana modificados para reaccionar qu\u00edmicamente al entrar en contacto con la NS1, alterando los patrones de frecuencia y disipaci\u00f3n de energ\u00eda en los nanocristales. \u201cDe este modo, cuando se pone una muestra de suero con NS1 sobre el biosensor, es posible verificar con un software<\/em> si la prote\u00edna se ha unido a la superficie del material a trav\u00e9s de la detecci\u00f3n de microvibraciones mec\u00e1nicas\u201d, explica Sierakowski.<\/p>\n

El biosensor para el diagn\u00f3stico del dengue integra una serie de dispositivos creados por los cient\u00edficos de S\u00e3o Carlos. Todos se basan en sistemas electroqu\u00edmicos que alteran patrones de se\u00f1ales el\u00e9ctricas al detectar eventos biol\u00f3gicos espec\u00edficos. Uno de los primeros biosensores que concibieron es capaz de detectar y distinguir anticuerpos de leishmaniasis y de la enfermedad de Chagas, en la actualidad diagnosticadas con la ayuda de la t\u00e9cnica Elisa, que permite detectar anticuerpos espec\u00edficos en muestras de sangre. Pese a que se lo utiliza ampliamente en los laboratorios de an\u00e1lisis cl\u00ednicos, el test Elisa es incapaz de diferenciar a los anticuerpos producidos contra infecciones provocadas por esas enfermedades, lo cual deriva en la necesidad de realizar ex\u00e1menes complementarios.<\/p>\n

Se estima que el mercado mundial de biosensores estar\u00e1 valuado en 27 mil millones de d\u00f3lares en 2022<\/p><\/blockquote>\n

Este biodispositivo se desarroll\u00f3 en colaboraci\u00f3n con diversas instituciones de investigaci\u00f3n cient\u00edfica de Brasil. Est\u00e1 compuesto por circuitos el\u00e9ctricos impresos en peque\u00f1os electrodos, sobre los cuales se deposita un conjunto de prote\u00ednas antig\u00e9nicas aisladas del protozoario Leishmania amazonensis<\/em>, una de las especies que causan la forma tegumentaria de la leishmaniasis en Brasil, o el Trypanosoma cruzi<\/em>, causante de la enfermedad de Chagas, que afecta a alrededor de 8 millones de personas en el mundo anualmente, seg\u00fan la OMS. \u201cSi el anticuerpo de inter\u00e9s estuviera presente en la muestra analizada, la ligaz\u00f3n entre \u00e9ste y la prote\u00edna antig\u00e9nica produce una alteraci\u00f3n en la respuesta el\u00e9ctrica del electrodo, que acusa la presencia del pat\u00f3geno\u201d, explica Zucolotto. El biodispositivo del IFSC, actualmente en etapa de prototipo, tarda alrededor de 20 minutos para exhibir la respuesta. Su patente se deposit\u00f3 en el Instituto Nacional de Propiedad Industrial (INPI).<\/p>\n

An\u00e1lisis gen\u00e9ticos<\/strong>
\nRecientemente, el equipo de S\u00e3o Carlos tambi\u00e9n empez\u00f3 a trabajar en la concepci\u00f3n de genosensores destinados a reconocer secuencias espec\u00edficas del material gen\u00e9tico de virus y mutaciones asociadas a tumores. En 2016, Zucolotto, la f\u00edsica La\u00eds Ribovski y el qu\u00edmico Bruno Campos Janegitz, del Centro de Ciencias Agrarias de la Universidad Federal de S\u00e3o Carlos (UFSCar), crearon un sensor capaz de identificar la mutaci\u00f3n 185delAG, asociada a los tumores de mamas y ovarios. En el experimento que realizaron, inmovilizaron un fragmento de la secuencia contigua a la regi\u00f3n del ADN en donde ocurre esa mutaci\u00f3n en la superficie del dispositivo, de manera tal que cuando la secuencia correspondiente quedase dispuesta en el electrodo, la conexi\u00f3n desencadenase una alteraci\u00f3n en la respuesta el\u00e9ctrica del aparato, indicando la presencia de la secuencia blanco ligada a la mutaci\u00f3n. Los resultados de las pruebas con el dispositivo se describieron en un art\u00edculo publicado en Microchemical Journal<\/em>. Por ahora se han utilizado \u00fanicamente secuencias sintetizadas en laboratorio.<\/p>\n

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L\u00e9o Ramos Chaves<\/span><\/a> Uno de los electrodos desarrollados por el grupo del Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o CarlosL\u00e9o Ramos Chaves<\/span><\/p><\/div>\n

La misma t\u00e9cnica se utiliz\u00f3 para diferenciar infecciones causadas por los virus del Zika y del dengue. Tal como ocurre en las infecciones por dengue, el virus del Zika tambi\u00e9n secreta cantidades significativas de NS1 en el torrente sangu\u00edneo durante los primeros d\u00edas tras la infecci\u00f3n, lo cual puede comprometer el an\u00e1lisis que realizan los biosensores desarrollados para el dengue hasta ahora. Mediante el empleo de herramientas de bioinform\u00e1tica, los cient\u00edficos detectaron regiones espec\u00edficas del material gen\u00e9tico de cada virus para inmovilizarlas en la superficie de un electrodo. La conexi\u00f3n entre la secuencia que est\u00e1 en el dispositivo y la de la muestra produce una alteraci\u00f3n en la se\u00f1al el\u00e9ctrica que indica la presencia del material gen\u00e9tico de los virus. El sensor mostr\u00f3 buenos resultados en test preliminares con secuencias sintetizadas en laboratorio.<\/p>\n

Transferencia de tecnolog\u00eda<\/strong>
\nLoa biosensores constituyen una tecnolog\u00eda en ascenso en el mundo. De acuerdo con datos de Markets and Markets, una empresa de sondeos y consultor\u00eda estadounidense del \u00e1rea de tecnolog\u00eda de la informaci\u00f3n, el mercado de biosensores fue valuado en alrededor de 16 mil millones de d\u00f3lares en 2016. Se estima que llegar\u00e1 a los 27 mil millones de d\u00f3lares en 2022. Los biosensores m\u00e9dicos se hacen con el 66% de ese mercado. Las principales empresas que invierten en la concepci\u00f3n de esos aparatos son las estadounidenses Abbott Laboratories y Johnson & Johnson, y la alemana Bayer Healthcare. La demanda de estos dispositivos crecer\u00e1 fuertemente en los pr\u00f3ximos a\u00f1os, fundamentalmente debido a la creciente prevalencia de enfermedades tales como diabetes y a la necesidad de contar con dispositivos que monitoreen los niveles de glucosa en la sangre. Seg\u00fan la Federaci\u00f3n Internacional de Diabetes, esta enfermedad acometer\u00e1 a 552 millones de personas en el mundo en 2030.<\/p>\n

En Brasil a\u00fan hay un largo camino por recorrer hasta que estos aparatos se produzcan a gran escala<\/p><\/blockquote>\n

Estados Unidos es el principal mercado de biosensores, producto de una cultura de r\u00e1pida adopci\u00f3n de productos tecnol\u00f3gicamente avanzados por parte de m\u00e9dicos y cient\u00edficos. En Brasil a\u00fan hay un largo camino por recorrer hasta que se los produzca y se los comercialice a gran escala. El desarrollo de estos aparatos se lleva a cabo mayoritariamente en universidades y centros p\u00fablicos de investigaci\u00f3n. Tras su concepci\u00f3n en laboratorio, deben pasar por pruebas de seguridad y eficacia; luego hay que patentarlos, y especialmente atraer el inter\u00e9s de empresas dispuestas a hacer que lleguen al mercado consumidor.<\/p>\n

Se estima que el costo de producci\u00f3n de los electrodos que se emplean en biosensores a escala de laboratorio es de alrededor de 2 d\u00f3lares. \u201cLa idea es desarrollar aparatos completos cuyo valor por unidad no supere los 100 d\u00f3lares\u201d, comenta Zucolotto. De todos modos, la mayor\u00eda de los dispositivos desarrollados en Brasil se encuentran en fase de prototipo, sin aprobaci\u00f3n de la Agencia Nacional de Vigilancia Sanitaria (Anvisa). Hay tambi\u00e9n un largo camino hasta que esos dispositivos sean capaces de dar cuenta del gran volumen de muestras que todos los d\u00edas se analizan en los laboratorios. \u201cM\u00e1s all\u00e1 del potencial de aplicaci\u00f3n de esta tecnolog\u00eda en grandes laboratorios, es necesario que los biosensores sean capaces de analizar, identificar y cuantificar elementos de inter\u00e9s cl\u00ednico en grandes cantidades de muestras\u201d, dice la m\u00e9dica Jeane Tsutsui, directora ejecutiva de Fleury Medicina e Sa\u00fade. \u201cPara que los biosensores puedan llegar a los consultorios m\u00e9dicos y agentes de salud se necesitan inversiones en proyectos conjuntos entre empresas y universidades para su validaci\u00f3n cl\u00ednica\u201d, concluye.<\/p>\n

Proyectos
\n<\/strong>1. Desarrollo de sensores y biosensores electroqu\u00edmicos para diversos fines anal\u00edticos (n\u00ba 15\/19099-2<\/a>); Modalidad<\/strong> Ayuda a la Investigaci\u00f3n \u2013 Regular; Investigador responsable<\/strong> Bruno Campos Janegitz (UFSCAR); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 169.539,83
\n2. Estudio de la interacci\u00f3n entre materiales nanoestructurados y sistemas biol\u00f3gicos: Aplicaciones al estudio de nanotoxicidad y desarrollo de sensores para diagn\u00f3stico (n\u00ba 08\/08639-2<\/a>); Modalidad <\/strong>Ayuda a la Investigaci\u00f3n \u2013 Regular; Investigador responsable <\/strong>Valtencir Zucolotto (IFSC-USP); Inversi\u00f3n <\/strong>R$ 368.230,90<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/strong>
\nRIBOVSKI, L. A. label-free electrochemical ADN sensor to identify breast cancer susceptibility<\/a>. Microchemical Journal<\/strong>. v. 133, p. 37-42. jul. 2017.
\nFIGUEIREDO, A. et al.<\/em> Electrical detection of dengue biomarker using egg yolk immunoglobulin las the biological recognition element<\/a>. Scientific Reports<\/strong>. ene. 2015.
\nPIRICH, C. L. et al.<\/em> Piezoelectric immunochip coated with thin films of bacterial cellulose nanocrystals for dengue detection<\/a>. Biosensors & Bioelectronics<\/strong>. v. 15, n. 92, p. 47-53. jun. 2015.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Port\u00e1tiles y precisos, estos dispositivos apuntan a mejorar el diagn\u00f3stico de enfermedades infecciosas y gen\u00e9ticas","protected":false},"author":346,"featured_media":261438,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[298,306,297,316,329],"coauthors":[662],"class_list":["post-261433","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-tecnologia-es","tag-epidemiologia-es","tag-genetica-es","tag-ingenieria","tag-medicina-es","tag-salud-publica"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/261433","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/346"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=261433"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/261433\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/261438"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=261433"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=261433"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=261433"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=261433"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}