Dispositivos basados en papel mejoran métodos existentes en diagnóstico de malaria asintomática

La malaria se transmite a través de las picaduras de mosquitos portadores de parásitos infecciosos. Según estimaciones de la Organización Mundial de la Salud, en 2022 se registraron 249 millones de casos de malaria en todo el mundo, con aproximadamente 608.000 muertes. Actualmente se está administrando una vacuna para prevenir la malaria a niños en Ghana, un país donde más del 25 % de la población estaba infectada en 2011, cifra que descendió al 8,6 % en 2022. Sin embargo, una cobertura vacunal más amplia ha provocado una reducción de la inmunidad natural, lo que hace crucial el monitoreo continuo de posibles infecciones en el África subsahariana. Ahora, investigadores han desarrollado dispositivos simples basados en papel que han superado a dos métodos de prueba estándar en la identificación de infecciones de malaria entre individuos asintomáticos en Ghana. Este adelanto diagnóstico, publicado en Analytical Chemistry, podría desempeñar un papel clave en el avance de los esfuerzos de eliminación de la malaria.

De apariencia engañosamente simple, los dispositivos desarrollados por investigadores de la Universidad Estatal de Ohio (Columbus, OH, EUA) desencadenan reacciones químicas entre una pequeña gota de sangre y moléculas incrustadas dentro de capas de papel. El diagnóstico se realiza mediante un equipo avanzado, pero portátil: un espectrómetro de masas que detecta la presencia de un antígeno específico de la malaria, que activaría el sistema inmunitario. Presentado inicialmente en 2016, el dispositivo fue diseñado para su uso en el hogar o en áreas remotas y puede conservar muestras biológicas durante períodos prolongados sin refrigeración. Desde entonces, los investigadores han mejorado el dispositivo automatizando el almacenamiento de anticuerpos e iones en formato 3D e incorporando una molécula multifuncional para amplificar la señal de detección. Aun así, el proceso de ensamblaje sigue siendo manual. Las hojas de papel en capas, tratadas con cera para controlar el flujo sanguíneo, se producen individualmente y se ensamblan con cinta adhesiva de doble cara. Una hoja de 8x12 pulgadas tiene capacidad para 25 dispositivos.

Cuando se aplica una muestra de sangre, esta se divide en cuatro cámaras (dos de ellas para control) e inicia una serie de reacciones químicas a medida que atraviesa las capas. Los investigadores desarrollaron sondas iónicas que se unen a los anticuerpos que extraen el antígeno de la malaria de la muestra y lo fijan al papel en unos diez minutos. Tras aplicar una solución tampón, las capas de papel se separan y se colocan frente a un espectrómetro de masas portátil. Este dispositivo determina la masa del compuesto objetivo, y la presencia de un peso molecular específico indica el antígeno de la malaria, lo que confirma la infección. Si no se encuentra dicha masa, el resultado es negativo. Los resultados suelen estar disponibles en 30 minutos, y los dispositivos usados pueden almacenarse a largo plazo sin refrigeración para futuros análisis. Esta durabilidad permite enviar los dispositivos por correo en sobres estándar, lo que permite realizar pruebas en zonas remotas de África con una infraestructura mínima y sin necesidad de logística de cadena de frío.

En un estudio de campo de cinco semanas realizado en 2022 en Ghana, los investigadores evaluaron el rendimiento del dispositivo en 266 voluntarios sin síntomas de malaria. Compararon los resultados con tres métodos de diagnóstico de malaria ampliamente utilizados: análisis de sangre microscópico, pruebas de diagnóstico rápido disponibles comercialmente y PCR (reacción en cadena de la polimerasa). En personas asintomáticas, detectar la infección es particularmente difícil debido a que el recuento de parásitos en sangre suele ser bajo, lo que requiere herramientas de diagnóstico de alta sensibilidad. En el estudio, la microscopía (el método estándar en muchos hospitales africanos) arrojó la menor cantidad de resultados positivos, con tan solo 24. Las pruebas de diagnóstico rápido identificaron 63 infecciones, la PCR detectó 142 y los dispositivos en papel detectaron 184 positivos.

Cuando se calculó la sensibilidad de cada método (definida como el número de verdaderos positivos dividido entre el total de verdaderos positivos y falsos negativos), el dispositivo basado en papel alcanzó una sensibilidad del 96,5 %. En comparación, la microscopía y las pruebas de diagnóstico rápido mostraron sensibilidades del 17 % y el 43 %, respectivamente. De las 266 muestras analizadas, 47 arrojaron falsos positivos utilizando el dispositivo de papel, todos los cuales la microscopía y la PCR confirmaron como negativos. Los investigadores sugieren que estos falsos positivos podrían haber resultado de diferencias en la viscosidad de la sangre, lo que podría haber alterado la distribución de la sangre durante la fase de lavado. Para abordar esto, realizaron ajustes de diseño al dispositivo y han iniciado conversaciones con las autoridades ghanesas sobre su implementación como parte de un programa nacional de pruebas. Además, el equipo está trabajando con médicos de Ohio State para adaptar la tecnología para detectar marcadores vinculados a afecciones como el cáncer colorrectal y la pancreatitis aguda.

“Normalmente, se llevaría la muestra al laboratorio, pero ahora estamos llevando el laboratorio a la muestra: la llevo a África, una de las zonas más remotas del mundo, y realizo el análisis allí mismo”, dijo Abraham Badu-Tawiah, autor principal del informe del estudio de campo y profesor de química y bioquímica en la Universidad Estatal de Ohio. “Ahora tengo el control y puedo encontrar otros clavos. Solo tenemos que modificar el anticuerpo para que sea aplicable a otras enfermedades”.

Enlaces relacionados:
La Universidad Estatal de Ohio

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