Jeremías Di Pietro | CCT Córdoba para la edición de Nanoscale. Imagen reproducida con permiso de Eduardo Coronado y la Royal Society of Chemistry (Nanoscale 2016,8)
La nanotecnología permitió diseñar un biosensor cinco veces más económico y entre 80 y 160 veces más sensible que el método más usado actualmente para los análisis bioquímicos de rutina.
Científicos del CONICET crearon un biosensor para el diagnóstico y pronóstico de diversas enfermedades, en base a la unión de nanopartículas de plata con moléculas biológicas.
El desarrollo estuvo a cargo del grupo de Bio-Nanoplasmómonica liderado por Eduardo Coronado, investigador principal del CONICET en el Instituto de Investigaciones en Físico-Química de Córdoba (INFQC, CONICET-UNC), e integrado por Juan Fraire, becario en el mismo instituto y Rubén Motrich, investigador adjunto en el Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología (CIBICI, CONICET-UNC).
Los resultados de la investigación fueron publicados en la revista
Nanoscale de la Royal Society of Chemistry del Reino Unido y fue seleccionado para ocupar la contratapa.
El método creado puede detectar la presencia de antígenos específicos –agentes que que generan una respuesta del sistema inmune y pueden causar una patología- y además determinar la cantidad en la que se encuentran en la muestra.
Este procedimiento, bautizado como IDILA (del inglés Intensity Depletion Immunolinked Assay, Ensayo Inmunoasociado de Depleción de Intensidad) puede llevarse a cabo con los equipamientos disponibles en cualquier laboratorio de análisis bioquímico y presenta numerosas ventajas frente a ELISA, el método más utilizado en la actualidad para diagnosticar enfermedades diversas.
“Se realiza en menos de la mitad del tiempo, es cinco veces más económico y reconoce al antígeno en concentraciones mucho más bajas -entre 80 y 160 por ciento”, asegura Fraire.
Eduardo Coronado, Juan Fraire y Rubén Motrich. Foto: CCT Córdoba.
La clave para el funcionamiento de IDILA radica en las propiedades ópticas de las nanopartículas metálicas en solución, o sea cuando están dispersas en un medio líquido.
“Dependiendo del material que la compone, su tamaño y su forma, cada partícula es capaz de captar y amplificar una longitud de onda de luz determinada –es decir absorber o dispersar una señal lumínica de un color específico-, que puede ser medida por un equipo de uso corriente en los laboratorios, llamado espectrofotómetro.
Sin embargo, esta señal se modifica de acuerdo al entorno y de las sustancias con las que interacciona: presencia de diversas moléculas, de otras nanopartículas, etcétera”, explica Coronado.
En particular, la tecnología desarrollada consiste en la unión de nanoesferas de plata -cuyo diámetro equivale a 60 millonésimas de milímetro- en contacto con moléculas que existen naturalmente en los organismos vivos y por eso se conocen como biológicas.
La receta sería algo así: “En una solución se colocan nanopartículas de plata que presentan un color amarillo.
Luego se añade un conjunto de moléculas biológicas que se adhieren a las nanopartículas y atraen anticuerpos -sustancias generadas por el sistema inmune para defender al organismo de antígenos-.
Al interaccionar el anticuerpo con las moléculas biológicas y las partículas se forma un dímero -o sea dos nanopartículas de plata unidas por un puente molecular-.
Este dímero presenta una señal lumínica de un color amarillo más claro”, explica Fraire.
Por su parte, el anticuerpo reconoce y ataca a un antígeno específico, como piezas de un rompecabezas que encajan mutuamente entre sí y no con otros.
Entonces si a la solución en la que se formaron los dímeros se agrega una muestra, por ejemplo de sangre, que posee el antígeno específico, se pegará al anticuerpo.
Como resultado se inhibe la formación del puente molecular y por lo tanto la formación de dímeros, y queda una mayor concentración de monómeros formados por: una sola nanopartícula + molécula biológica + anticuerpo + antígeno.
La intensidad de la señal depende de la proporción de dímeros y monómeros, al desfavorecerse la formación de dímeros la señal lumínica vuelve a intensificarse y a mayor cantidad de antígeno se observa una coloración amarilla de mayor intensidad.
Medir esta señal permite, entonces saber si un paciente tiene una patología y, además determinar cuál es su grado de avance.
IDILA en detalle
“En primer lugar hicimos interactuar las nanopartículas con biotina y estreptavidina, que son dos moléculas biológicas que existen en la naturaleza y tienen altísima afinidad entre ellas, es decir que tienden a unirse”, explica Coronado.
“Entonces, la biotina une dos nanopartículas y luego atrae la estreptavidina, modificando la luz que emitían por separado”, agrega Fraire.
A su vez, la estreptavidina tiene cuatro sitios de unión –lugares mediante los cuales puede interactuar con otras moléculas-, de los cuales queda ocupado sólo uno.
Allí surgió la posibilidad de agregar a la mezcla un anticuerpo para que se adhiriera en alguno de los sitios que quedaban libres.
Agregaron, entonces, un anticuerpo que responde a un antígeno llamado interleuquina que “liberan las células del sistema inmune ante un fenómeno inflamatorio y es detectado como una amenaza en artritis reumatoidea, una enfermedad autoinmune en las articulaciones”, describe Motrich.
El resultado es entonces una especie de sándwich formado de la siguiente manera: nanopartícula – biotina – estreptavidina – anticuerpo – estreptavidina – biotina – nanopartícula. Sigue siendo un dímero, con la misma señal lumínica.
¿Qué ocurre frente a la presencia del antígeno?
Al incorporar en la solución una muestra real de pacientes ya diagnosticados con artritis reumatoidea, el antígeno interleuquina se pega a su anticuerpo específico y el dímero de plata no se forma.
Ahora la señal lumínica es de un amarillo más intenso.
A medida que aumenta la cantidad de antígeno, más intensa es la señal.
“Se construye una curva de calibración en función de la concentración del antígeno que permite cuantificarlo; de acuerdo a la intensidad de la señal lumínica que emiten las partículas puede identificarse qué cantidad de antígenos contiene la solución.
Esto se produce por la respuesta del anticuerpo y no depende del tamaño del antígeno por lo que el método podría generalizarse a otras enfermedades”, agregan Fraire y Coronado.
Esta tecnología abre infinitas posibilidades de investigación y aplicación no sólo para el diagnóstico y pronóstico de patologías sino también para, por ejemplo, el control de calidad en productos, como podría ser la detección de gluten en alimentos para celíacos.
Eduardo Coronado es miembro del Editorial Advisory Board de la prestigiosa revista The Journal of Physical Chemistry de la American Chemical Society de Estados Unidos.
Es un pionero en nuestro país en el área de la Plasmónica, que estudia las propiedades ópticas de nanoestructuras metálicas muy pequeñas (en la escala del nanometro) y sus aplicaciones para la detección ultrasensible de moléculas.
Es co-autor de una referencia clásica en el tema “The optical properties of metal nanoparticles: the influence of size, shape and dielectric environment” que ha sido la sexta publicación más citada de The Journal of Physical Chemistry durante sus ciento veinte años de historia, con casi 5000 citas.
Esta publicación es un artículo de revisión de las propiedades ópticas de nanopartículas plasmónicas con especial énfasis en el uso de modelos simples y en los métodos de cálculos que son relevantes para la interpretación de las mediciones de los espectros de extinción y la amplificación de las señales Raman inducidas por nanoestructuras metálicas (SERS)
Por Mariela López Cordero. CCT Córdoba.
Sobre investigación
– Juan Fraire. Becario doctoral. INFIQC, CONICET UNC.
– Rubén Motrich. Investigador adjunto. CIBICI, CONICET-UNC.
– Eduardo Coronado. Investigador principal. INFIQC, CONICET UNC.
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