Avances en biodetección para detección temprana de biomarcadores de enfermedades POC

Los diagnósticos en el punto de atención ofrecen una alternativa más eficiente, que permite realizar pruebas rápidas y económicas en el mismo centro de atención del paciente. Sin embargo, las tecnologías actuales de biosensores aún presentan dificultades para detectar concentraciones extremadamente bajas de biomarcadores de enfermedades con alta sensibilidad y precisión. Un problema importante es la atenuación de la fluorescencia causada por las nanopartículas metálicas, en particular las de oro, cuando se utilizan para mejorar la detección de señales, lo que limita la eficacia de los biosensores. Ahora, se ha desarrollado un nuevo enfoque para superar esta barrera de sensibilidad, minimizando la atenuación de la fluorescencia y mejorando la capacidad de detección de biomarcadores de baja abundancia.

Esta solución, creada por investigadores del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica (Urbana, IL, EUA), se inspiró en los cristales fotónicos presentes en la naturaleza, como los responsables de los colores iridiscentes de las plumas de pavo real. Estas nanoestructuras manipulan la luz basándose en su disposición física, no en los pigmentos, y se han aprovechado para tecnologías de biodetección. Anteriormente, el equipo desarrolló biosensores basados en cristales fotónicos que utilizaban nanopartículas de oro para amplificar la fluorescencia y detectar biomarcadores. Para mejorar esto, los investigadores introdujeron una nueva clase de nanoensamblajes criosorretes: estructuras de nanopartículas de oro organizadas con precisión, formadas mediante congelación criogénica rápida. A continuación, integraron estos nanoensamblajes con cristales fotónicos diseñados para mejorar la señal de fluorescencia y reducir la extinción. A partir de esto, desarrollaron aún más nanoensamblajes criosorretes magnetoplasmónicos, que aprovechan los componentes eléctricos y magnéticos de la luz, un enfoque poco utilizado en sistemas de biodetección. El equipo probó la plataforma utilizando un fluoróforo común y demostró que esta interacción de modo dual lograba una detección ultrasensible en el rango attomolar mientras minimizaba la pérdida de señal.

En su estudio publicado en MRS Bulletin y APL Materials, los investigadores validaron su solución, mostrando una mejora de fluorescencia de 200 veces en comparación con los cristales fotónicos solos. Estos resultados confirmaron que la extinción de la fluorescencia se había reducido significativamente, mejorando la sensibilidad de detección a concentraciones muy bajas de biomarcadores. Esta plataforma óptica híbrida ofrece un mejor control de la interacción luz-materia a escala nanométrica y podría usarse para detectar biomarcadores como microARN, ADN tumoral circulante y partículas virales, lo que permite un diagnóstico más temprano del cáncer y las enfermedades infecciosas. El equipo ahora planea optimizar aún más los nanoensamblajes criosorret y desarrollar biosensores inteligentes y sensibles con capacidad de ajuste magnético para su uso en el punto de atención. Esperan que esta tecnología satisfaga la urgente necesidad de sistemas de diagnóstico altamente sensibles, accesibles y desplegables.

“Este trabajo representa una plataforma óptica híbrida donde los fotones no solo se emiten, sino que se orquestan”, afirmó Brian Cunningham, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática. “Esta convergencia de simulaciones fotónico-plasmónicas, nanofabricación avanzada y principios de ingeniería química tiene implicaciones de gran alcance, especialmente en el ámbito del diagnóstico médico”.

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Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica