Herramienta de diagnóstico portátil utiliza bioluminiscencia para detectar virus POC

Estos diagnósticos permiten a las personas evitar la necesidad de pruebas de laboratorio costosas y que requieren mucho tiempo, lo que los hace vitales para la detección, el tratamiento y el monitoreo de enfermedades. Sin embargo, los diagnósticos actuales a menudo presentan problemas como la inexactitud y la baja sensibilidad. La bioluminiscencia tiene el potencial de abordar problemas comunes que experimentan otros métodos de diagnóstico, como el ruido de fondo, los falsos positivos, el fotoblanqueo y la fototoxicidad. Al utilizar la misma enzima natural que hace que las luciérnagas brillen, la bioluminiscencia puede iluminar muestras biológicas para su obtención por imágenes. La enzima luciferasa se añade a la muestra para detectar partículas virales y se introducen moléculas de luciferina para desencadenar una reacción de luciferasa que produce un destello de luz. Sin embargo, esta reacción suele resultar en una señal luminosa débil y de corta duración. Ahora, los investigadores han desarrollado una herramienta de diagnóstico rápida, portátil y altamente sensible que genera señales de bioluminiscencia 500 veces más fuertes y 8 veces más duraderas que las herramientas de diagnóstico anteriores, superando las limitaciones actuales de los diagnósticos en el punto de atención.

El sensor LUCAS (Luminiscent Cascade-based Sensor), desarrollado por investigadores del Mass General Brigham (Boston, MA, EUA), soluciona las deficiencias de los métodos de diagnóstico actuales y detecta con mayor precisión el SARS-CoV-2, el VIH, el VHB y el VHC en muestras de pacientes. El equipo diseñó una novedosa cascada de señales enzimáticas para amplificar y extender las señales de bioluminiscencia. Al añadir beta-galactosidasa, una enzima que se une a la luciferina y la libera continuamente, el sistema potencia la reacción, en lugar de permitir que la luciferina flote libremente durante una sola reacción. Este paso adicional produce más luciferina, más reacciones de luciferasa y, en consecuencia, mayor bioluminiscencia. Como resultado, LUCAS es 515 veces más bioluminiscente que los sistemas sin LUCAS, y sus señales mantienen el 96 % de su intensidad después de una hora.

Para evaluar la efectividad de LUCAS, el equipo de investigación probó 177 muestras de pacientes enriquecidas con virus y 130 muestras de suero enriquecidas con virus infectadas con SARS-CoV-2, VIH, VHB o VHC. Las muestras de SARS-CoV-2 se recolectaron mediante hisopos nasofaríngeos, mientras que las muestras de VIH, VHB y VHC se obtuvieron de extracciones de sangre. El estudio, publicado en Nature Biomedical Engineering, reveló que LUCAS proporcionó resultados de diagnóstico en 23 minutos, con una precisión promedio de más del 94 % en todos los patógenos. Los investigadores diseñaron LUCAS para que fuera portátil y fácil de usar, lo que lo hace adecuado para su uso en una variedad de entornos de atención médica, desde hospitales con buenos recursos hasta entornos de punto de atención con bajos recursos. Los próximos pasos para el equipo incluyen probar el rendimiento de LUCAS con otros fluidos biológicos y explorar su capacidad para detectar múltiples patógenos simultáneamente. A medida que los biomarcadores de enfermedades como el Alzheimer continúan evolucionando, contar con una herramienta como LUCAS lista para nuevos biomarcadores podría resultar invaluable en los próximos años.

“Desarrollar diagnósticos efectivos es increíblemente difícil, especialmente si consideramos el tamaño de las partículas de enfermedades infecciosas y los complejos fluidos biológicos en los que intentamos identificarlas. Encontrar una partícula de VIH en una muestra de sangre humana es como encontrar un cubito de hielo en una piscina olímpica llena de gelatina con los ojos vendados”, afirmó el autor principal, el Dr. Hadi Shafiee, profesor de la División de Ingeniería en Medicina y de la División Renal del Hospital Brigham and Women's, miembro fundador del sistema de salud Mass General Brigham. “Con su novedoso enfoque de cascada enzimática, LUCAS representa un avance sustancial en la detección de virus en estas complejas muestras biológicas”.