Desarrollan novedoso nanosensor para diagnóstico de enfermedades

En la respiración humana, se encuentran componentes diversos incluyendo vapor de agua, hidrógeno, acetona, tolueno, amoníaco, sulfuro de hidrógeno y monóxido de carbono, que son exhalados en mayor cantidad por algunos pacientes. Algunos de estos componentes están estrechamente relacionados con enfermedades como el asma, el cáncer de pulmón, la diabetes mellitus tipo 1 y la halitosis.

 

Se han desarrollado sensores diagnósticos utilizando nanocatalizadores encapsulados en proteínas, que pueden diagnosticar ciertas enfermedades a través del análisis de la respiración humana exhalada. Esta tecnología permite el seguimiento temprano de varias enfermedades a través del reconocimiento de patrones de gases de biomarcadores, relacionados con enfermedades, en la exhalación humana.

 

Científicos del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (Daejeon, República de Corea)  crearon sensores de respiración de tipo quimioresistivo que tenían sensibilidades y selectividades excepcionalmente altas, que fueron desarrollados combinando nanocatalizadores con plantillas de proteínas huecas con nanoestructuras de óxido metálico electrotejidas. La ruta de síntesis del catalizador usando el molde de proteínas es muy simple y versátil y permiten producir no sólo un único componente de nanopartículas catalíticas, sino también diversos catalizadores intermetálicos heterogéneos con tamaños menores de 3 nm.

 

Para superar las limitaciones actuales, el equipo utilizó la proteína nanoscópica (apoferritina) en animales como plantillas de sacrificio. Las plantillas de proteínas poseen nanocajas huecas en el sitio central y permiten que se encapsulen diversas nanopartículas catalíticas de aleación dentro de las nanocajas de proteína. Los nanocajas de proteínas tienen ventajas porque se pueden ensamblar un número casi ilimitado de composiciones de material en la tabla periódica para la síntesis de nanopartículas catalíticas heterogéneas. Además, se pueden producir nanocatalizadores intermetálicos con una relación atómica controlada de dos elementos diferentes utilizando nanocajas de proteínas, una estrategia innovadora para encontrar nuevos tipos de catalizadores. Por ejemplo, pueden sintetizar catalizadores altamente eficientes de platino, tales como platino-paladio (PtPd), platino-níquel (PtNi), platino-rutenio (PtRu) y platino-itrio (PtY).

 

El desempeño de detección de los biomarcadores mejoró aproximadamente 3 - 4 veces en comparación con el componente único convencional de los sensores de nanofibras cargados de catalizadores de platino y paladio En particular, se observaron transiciones de resistencia de 100 veces hacia la acetona (1 ppm) y el sulfuro de hidrógeno (1 ppm) en los sensores de aliento exhalado, usando los nanocatalizadores heterogéneos, que es el mejor desempeño jamás reportado en la literatura. El equipo desarrolló una plataforma de diagnóstico de la enfermedad que reconoce los patrones de respiración individuales mediante el uso de un sistema de múltiples matrices de sensores con diversas capas de detección y catalizadores heterogéneos, de modo que la gente pueda identificar fácilmente las anomalías de la salud. Utilizando un sistema de matriz de 16 sensores, se pueden monitorizar permanentemente la condición física, mediante el análisis de los cambios de concentraciones de los biomarcadores de los gases en el aliento exhalado.

 

Sang-Joon Kim, PhD, autor principal del estudio, dijo: “Se sintetizaron tipos nuevos de nanocatalizadores heterogéneos usando plantillas de proteínas con tamaños de alrededor de 2 nm y funcionalizados en varias capas de detección de nanofibras de óxido metálico. Las bibliotecas de detección establecidas pueden detectar especies de biomarcadores con alta sensibilidad y selectividad. Esta plataforma, que es tanto nueva como innovadora, de análisis del gas del aliento será muy útil para reducir los gastos médicos y el seguimiento continuo de las condiciones físicas”. El estudio fue publicado en la edición de julio de 2017 de la revista Accounts of Chemical Research.