A la menor se\u00f1al de aproximaci\u00f3n del enemigo, las mariposas, los camaleones y muchas otras especies de animales cambian de colores o de forma para disimularse en el ambiente que los rodea y as\u00ed despistar a sus predadores. Esta capacidad de imitaci\u00f3n, conocida como mimetismo, inspir\u00f3 a investigadores de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) en la creaci\u00f3n de compuestos sint\u00e9ticos que reproducen con ventajas la actividad de anticuerpos, enzimas, c\u00e9lulas, receptores y otros componentes biol\u00f3gicos fundamentales para el funcionamiento de los biosensores, como por ejemplo el que mide el nivel de glucosa en las personas diab\u00e9ticas, el glucos\u00edmetro port\u00e1til que se vende en las farmacias. Bajo la denominaci\u00f3n de sistemas biomim\u00e9ticos, estos compuestos sint\u00e9ticos tienen por objeto reconocer iones o mol\u00e9culas de las sustancias analizadas por los biosensores, ampliando y facilitando la difusi\u00f3n de ese tipo de an\u00e1lisis qu\u00edmico.<\/p>\n
“Otro objetivo de ellos es dotar de estabilidad (mantenimiento de la actividad) durante largos per\u00edodos a esos dispositivos, evitando as\u00ed uno de los puntos cr\u00edticos que impide la comercializaci\u00f3n de tales productos en una amplia gama de aplicaciones”, resalta el profesor Lauro Tatsuo Kubota, del Instituto de Qu\u00edmica (IQ) de la Unicamp, que encabeza la investigaci\u00f3n con biosensores en el marco de un proyecto tem\u00e1tico coordinado por el profesor Elias Ayres Guidetti Zagatto, del Centro de Energ\u00eda Nuclear en Agricultura (Cena) de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP), con sede en la localidad de Piracicaba.<\/p>\n
La intenci\u00f3n de los investigadores es crear dispositivos que emiten respuestas qu\u00edmicas traducidas por componentes f\u00edsicos que integran el conjunto del biosensor, tales como electrodos, fibras \u00f3pticas y pol\u00edmeros conductores. La elecci\u00f3n de las enzimas, los anticuerpos o las c\u00e9lulas es determinada de acuerdo con la sustancia para la cual el dispositivo ha sido programado para su identificaci\u00f3n en aguas, bebidas o alimentos, o en an\u00e1lisis de sangre u orina. Como muchos de estos componentes biol\u00f3gicos no son estables durante mucho tiempo, Kubota decidi\u00f3 reemplazarlos por una sustancia sint\u00e9tica estable a base de cobre y hierro, dispuesta en forma de monocapas sobre la superficie delbiosensor. La elecci\u00f3n de los dos elementos obedece a que la parte activa de las enzimas que ser\u00e1n reemplazadas est\u00e1 constituida por estos metales.<\/p>\n
Ampliaci\u00f3n de la estabilidad Los resultados obtenidos por los investigadores de la Unicamp y del Cena, presentados en el marco de un congreso internacional realizado en Dusseldorf, Alemania, en 2002, llamaron la atenci\u00f3n de investigadores de Europa y Estados Unidos, que formularon propuestas para trabajar en colaboraci\u00f3n. Y Kubota no descarta asociaciones en otras l\u00edneas de investigaci\u00f3n; pero dice que en el caso de los biomim\u00e9ticos, su equipo se encuentra muy avanzado. Algunas empresas tambi\u00e9n han consultado a los investigadores; con todo, ninguna sociedad comercial se ha concretado hasta ahora, pues se necesita invertir un poco m\u00e1s para obtener el dispositivo en el formato final requerido para su comercializaci\u00f3n.<\/p>\n Adem\u00e1s de la investigaci\u00f3n referente a los compuestos sint\u00e9ticos, el equipo de la Unicamp tambi\u00e9n trabaja en otro frente: el estudio de nuevos materiales para estabilizar componentes biol\u00f3gicos, que se ha mostrado bastante prometedor. Prueba de ello es que ya ha desarrollado un biosensor para el an\u00e1lisis del nivel de alcohol en sangre a base de grafito, s\u00edlice modificada con niobio y azul de metileno como colorante que tiene un 99% de precisi\u00f3n y se mantiene estable durante tres meses por lo menos. Es un plazo muy superior al alcanzado por trabajos descritos en la literatura, que llegaron a lo sumo a una semana. Con relaci\u00f3n a los detectores de alcohol existentes en el mercado, no son totalmente precisos y solamente logran detectar el alcohol en concentraciones elevadas.<\/p>\n Comparado con los m\u00e9todos tradicionales, con los cuales es necesario adicionar reactivos a la muestra para producir un color o fluorescencia que permita la lectura, el an\u00e1lisis con un biosensor es sencillo, r\u00e1pido y econ\u00f3mico. Basta colocar una muestra en el dispositivo y hacer la medici\u00f3n, que consiste en convertir la reacci\u00f3n qu\u00edmica en energ\u00eda mensurable, como la de la corriente el\u00e9ctrica. Esta corriente puede incluso ser traducida por un procesador, y el resultado aparece en un visor que muestra la concentraci\u00f3n de la sustancia buscada. Con este sistema, las cantidades de anticuerpos o enzimas utilizadas son m\u00ednimas, lo que representa una reducci\u00f3n de costos, residuos contaminantes y tiempo de an\u00e1lisis. Kubota explica que todo el proceso se lleva a cabo en forma muy selectiva. “Entre varias sustancias presentes en la muestra, solamente se detecta aqu\u00e9lla que se desea.”<\/p>\n Control fitoterap\u00e9utico Las aplicaciones estudiadas se extienden a una amplia gama que incluye el an\u00e1lisis de medicamentos durante su proceso de fabricaci\u00f3n, el estudio de las propiedades antioxidantes de fitoterap\u00e9uticos y el monitoreo del nivel de estr\u00e9s con base en el an\u00e1lisis de la actividad de la enzima glutationa peroxidasa, que act\u00faa en el sistema de defensa del organismo en el combate contra los radicales libres.Con relaci\u00f3n al sistema que analiza medicamentos en forma de c\u00e1psulas y comprimidos, las investigaciones se encuentran avanzadas y redundar\u00e1n en una solicitud de patente. Normalmente este tipo de an\u00e1lisis se efect\u00faa por muestreo en medio l\u00edquido con la adici\u00f3n de varios reactivos, lo que genera una cantidad razonable de residuos. Eso sin contar que los resultados no son conocidos inmediatamente. “En la forma que estamos plante\u00e1ndolo es posible analizar muestras en tiempo real, directamente en el sistema de producci\u00f3n, sin generar residuos”, dice Kubota. De esta manera, en lugar de efectuar el control por muestreo, \u00e9ste abarcar\u00eda a toda la producci\u00f3n. En caso de detectarse alg\u00fan problema en el lote fabricado, se descartar\u00edan solamente algunos comprimidos y no todo el lote.<\/p>\n Otro biosensor desarrollado en el IQ de la Unicamp con gran potencial de aplicaci\u00f3n inmediata es un dispositivo que analiza el principio activo de extractos de plantas a partir del t\u00e9. Kubota subraya que aunque el control de calidad de este tipo de medicamento ha mejorado mucho en Brasil, es importante hacer un an\u00e1lisis m\u00e1s preciso para evaluar si las propiedades pregonadas permanecen efectivamente en el producto comercial, pues la preservaci\u00f3n de los principios activos de las plantas depende de varios factores, tales como el clima, el suelo, la \u00e9poca del cultivo y la cosecha.El investigador empez\u00f3 a trabajar en el \u00e1rea de sensores y biosensores desde que fue contratado en la Unicamp en 1994. Desde aquel a\u00f1o ha venido trabajando en diversas investigaciones financiadas por la FAPESP, una de las cuales comprendi\u00f3 un Proyecto Tem\u00e1tico intitulado\u00a0Estudio y Desarrollo de Nuevos Sistemas de Detecci\u00f3n para Aplicaciones Anal\u00edticas<\/em>, concluido en 2001. La idea de participar en otro proyecto tem\u00e1tico, en este caso con colaboradores de diferentes \u00e1reas, tuvo por objeto el intercambio de conocimiento para intentar arribar a un consenso acerca de cu\u00e1l es el mejor sistema de an\u00e1lisis para determinar y cuantificar diversas muestras biol\u00f3gicas y ambientales.<\/p>\n La contribuci\u00f3n brasile\u00f1a La absorci\u00f3n es proporcional a la concentraci\u00f3n del metal presente en la muestra. De esta forma se pueden cuantificar metales presentes en alimentos, bebidas, materiales inorg\u00e1nicos, biol\u00f3gicos, aguas y efluentes (residuos domiciliarios o procedentes de la producci\u00f3n industrial). Arruda explica que los materiales naturales lograron preconcentrar metales en peque\u00f1as cantidades, aumentando as\u00ed la sensibilidad del m\u00e9todo anal\u00edtico. La pr\u00f3xima etapa de su investigaci\u00f3n contempla el uso de estos materiales en biosensores, para evaluar si efectivamente mejoran la eficiencia de los m\u00e9todos electroqu\u00edmicos.Los materiales naturales para an\u00e1lisis qu\u00edmicos, al margen de los compuestos sint\u00e9ticos desarrollados por Kubota, est\u00e1n siendo evaluados tambi\u00e9n por el profesor Zagatto, que trabaja en el perfeccionamiento de los sistemas de an\u00e1lisis por inyecci\u00f3n en flujo aplicados en forma pionera en los laboratorios de Qu\u00edmica Anal\u00edtica del Cena durante los a\u00f1os 1970 por el profesor Henrique BergaminFilho (1932-1996), y utilizados actualmente en laboratorios de todo el mundo. Zagatto, que formaba parte del equipo encabezado por Bergamin, comenta que esta contribuci\u00f3n permiti\u00f3 la automaci\u00f3n del proceso de an\u00e1lisis y la miniaturizaci\u00f3n de dichos sistemas.<\/p>\n Esta tecnolog\u00eda consiste en inyectar la muestra en tubos capilares que corren como agua dentro de tuber\u00edas cerradas. Durante el transporte la misma se dispersa y puede tambi\u00e9n sufrir diluciones, lo que permite la ejecuci\u00f3n de las diferentes etapas asociadas al m\u00e9todo anal\u00edtico, tales como la adici\u00f3n de reactivos, la separaci\u00f3n y la concentraci\u00f3n. Todo funciona como si el sistema anal\u00edtico fuera un laboratorio herm\u00e9tico, es decir, libre de contaminaci\u00f3n. La muestra procesada pasa por un medidor que monitorea el producto de las reacciones qu\u00edmicas comprendidas. El resultado del an\u00e1lisis se obtiene en pocos segundos, el tiempo necesario como para que la muestra recorra los capilares, y el ritmo del muestreo es alto, en general superior a las cien muestras por hora.<\/p>\n Zagatto resalta que la explotaci\u00f3n de esta tecnolog\u00eda le ha abierto las puertas de un nuevo campo de conocimiento a la qu\u00edmica anal\u00edtica, como lo es el monitoreo de especies qu\u00edmicas inestables, es decir, productos que se descomponen en poco tiempo. Antes, los principales reactivos para an\u00e1lisis qu\u00edmicos disponibles en el mercado eran fruto de la selecci\u00f3n de materias primas, guardadas como un precioso secreto industrial y producidas desde el siglo XVIII con el objetivo de formar un compuesto estable al final. La estabilidad era imprescindible para el \u00e9xito del m\u00e9todo anal\u00edtico, ya que la coloraci\u00f3n producida deber\u00eda ser estable y reflejar la concentraci\u00f3n que ser\u00eda determinada.<\/p>\n Mas, sucede que, en algunas aplicaciones, la muestra se enturbia; con todo, en el an\u00e1lisis en flujo ese deterioro no compromete para nada los resultados, ya que la muestra es monitoreada pocos segundos despu\u00e9s de su inserci\u00f3n en el analizador. Y adem\u00e1s, las muestras y los reactivos empleados se ubican en la franja de los microlitros, lo que redunda en un ahorro de materia prima y poca generaci\u00f3n de residuos, aun en casos de productos t\u00f3xicos.Hasta el final del mes de octubre de este a\u00f1o, fecha prevista para el cierre del proyecto tem\u00e1tico, queda mucho trabajo por delante todav\u00eda, pero los resultados obtenidos hasta ahora con los compuestos biomim\u00e9ticos y los materiales naturales muestran que \u00e9stos est\u00e1n listos para su utilizaci\u00f3n en varios tipos de an\u00e1lisis qu\u00edmicos.<\/p>\n El Proyecto<\/strong>
\n<\/strong>Este nuevo material ha mostrado ser eficiente con relaci\u00f3n a la sensibilidad y a la selectividad, y ha preservado durante m\u00e1s de un a\u00f1o la estabilidad del biosensor, una diferencia que le abre las puertas del mercado. Hasta ahora los investigadores de la Unicamp han desarrollado diferentes compuestos sint\u00e9ticos de inter\u00e9s ambiental, farmac\u00e9utico y medicinal, que han resultado en tres pedidos de patentes. Y las perspectivas indican que los nuevos biosensores costar\u00e1n mucho menos que los que se usan actualmente.<\/p>\n
\n<\/strong>Adem\u00e1s del glucos\u00edmetro existen otros biosensores disponibles en el mercado, que analizan la urea (el funcionamiento de los ri\u00f1ones) y el lactato (para evaluar la reacc\u00edon de los m\u00fasculos luego de hacer ejercicios f\u00edsicos). “Trabajamos con la idea de juntar varios dispositivos en una sola pieza para determinar los niveles de lactato, creatinina, glucosa y muchos otros par\u00e1metros”, dice el investigador. Una sola gota de sangre ser\u00e1 suficiente como para hacer un chequeo en un minilaboratorio port\u00e1til.<\/p>\n
\n<\/strong>Mientras Kubota trabaja con biosensores, otro investigador del IQ de la Unicamp, el profesor Marco Aur\u00e9lio Zezzi Arruda, que tambi\u00e9n participa en el mismo proyecto tem\u00e1tico, se aboca al estudio de materiales naturales y sint\u00e9ticos que pueden elevar la sensibilidad de los m\u00e9todos de an\u00e1lisis con una menor generaci\u00f3n de residuos. Entre estos materiales naturales figuran la c\u00e1scara de arroz, la esponja vegetal y el vermicompuesto, elaborado por algunos tipos de lombrices tras la digesti\u00f3n de materiales tales como arena, suelo y materia org\u00e1nica. Estos materiales presentaron resultados prometedores en la detecci\u00f3n de peque\u00f1as concentraciones de metales tales como cobre, zinc, plomo y cadmio, con bajos costos operativos.Los materiales naturales se colocan en peque\u00f1as cantidades (entre 20 y 25 miligramos) en min\u00fasculas columnas (tubos) de polietileno. Dichos tubos se insertan en los sistemas de an\u00e1lisis por inyecci\u00f3n en flujo o\u00a0flow-injection analysis<\/em> (FIA), y todo el conjunto es acoplado a la t\u00e9cnica de espectrometr\u00eda de absorci\u00f3n at\u00f3mica, que se basa en la absorci\u00f3n de la radiaci\u00f3n proveniente de l\u00e1mparas espec\u00edficas para cada elemento que ser\u00e1 determinado.<\/p>\n
\nEmpleo de Nuevos Materiales y Diferentes Ambientes de Reacci\u00f3n para la Mejora de la Sensibilidad y la Selectividad en An\u00e1lisis de Muestras Biol\u00f3gicas y Ambientales<\/em>
\nModalidad<\/strong>
\nProyecto Tem\u00e1tico
\nCoordinador<\/strong>
\nElias Ayres Guidetti Zagatto – Centro de Energ\u00eda Nuclear de Agricultura (Cena)\/ USP
\nInversi\u00f3n<\/strong>
\nR$ 221.063,00 y US$ 163.470,00<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Sustancias sint\u00e9ticas utilizadas en biosensores imitan el comportamiento de compuestos biol\u00f3gicos","protected":false},"author":22,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","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":[],"coauthors":[115],"class_list":["post-77936","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/77936","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\/22"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=77936"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/77936\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=77936"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=77936"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=77936"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=77936"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}