Desarrollan novedosos biosensores del capullo del gusano de seda

Se están usando capullos del gusano de seda para desarrollar nuevos biosensores que pueden ser insertados en los pacientes y usados como dispositivo de rastreo para monitorizar su progreso después de la cirugía, o rastrear enfermedades crónicas como la diabetes.

El Bioingeniero Fiorenzo Omenetto, Ph.D., de la Universidad Tufts (Medford, MA, EUA) está usando capullos hilados por los gusanos de seda Bombyx mori para fabricar biosensores blanco-específicos, usando moldes específicos para formar un extracto de solución proteica de seda en dispositivos ópticos que son modelados con características ópticas a nanoescala. Este detalle fino es importante en óptica, puesto que la luz interactúa mejor con característica en una escala no más grande que su propia longitud de onda—aproximadamente 400 a 700 nanómetros en el caso de la luz visible. Las proteínas incrustadas en el material óptico se unen de manera eficiente al blanco como el oxígeno o una proteína bacteriana; cuando lo hacen, la luz transmitida por el detector cambia de color. Una vez integradas en los dispositivos de seda, las proteínas permanecen activas por años.

Un dispositivo como esos es una tarjeta roja transparente impregnada con hemoglobina y modelada con varios elementos ópticos, incluyendo una reja de difracción que divide la luz blanca en sus colores componentes. La tarjeta actúa como un detector de oxígeno simple: la luz que pasa a través cambia la longitud de onda ligeramente, dependiendo de cuánto oxígeno se ha unido a la hemoglobina incrustada. Esos cambios no pueden ser vistos a simple vista, pero pueden ser detectados por un fotodiodo, un dispositivo que transforma la luz en una corriente eléctrica. Cuando una gota de sangre rica en oxígeno es colocada en el detector la hemoglobina atrae el oxígeno de este, y la longitud de onda de la luz, registrada por los cambios del fotodiodo, cambia. Los investigadores también hicieron estructuras de seda conteniendo una enzima de rábano picante volátil llamada peroxidasa, así como un biosensor de glucosa que puede incorporar hexokinasa, una enzima que se liga al azúcar.

Las rejillas con anticuerpos y enzimas incrustadas en ellas podrían detectar prácticamente cualquier molécula interesante médicamente, como un marcador tumoral. Otra aplicación de las fibras ópticas de seda puede ser transportar luz desde la superficie de la piel hasta sensores implantados y reflejarla, de modo que puede ser leída por un fotodetector. Los detectores pueden ser implantados durante cirugías como resecciones de tumor y luego usados para monitorizar los pacientes en busca de signos de infección o cáncer recurrente. El dispositivo eventualmente se disuelve sin peligro, junto con el resto de las estructuras de soporte. Los biosensores fueron descritos en un artículo publicado en la edición de Enero-Febrero de 2009 de MIT Technology Review.

La fibra natural más fuerte conocida, la seda es preferida por los ingenieros de tejido porque es resistente mecánicamente pero se degrada sin peligro dentro del cuerpo. Para fabricar los biosensores, los capullos son hervidos en una solución que contiene carbonato de sodio. Esto ayuda a disolver la sericina, una glicoproteína pegajosa que mantiene unido los capullos pero causa reacciones inmunes en los humanos. Después de que las fibras de seda se secan, son disueltas en una solución de bromuro de litio. Cuando la solución se enfría, es cargada en un cartucho de diálisis y fijada dentro del vaso de precipitado” de agua, lo cual saca la sal. Lo que queda es una solución clara, viscosa de la proteína purificada fibroína de seda. El "jarabe” de seda luego es removido con una jeringa y cargado en una hilera de tubos de ensayo, listo para usar en la fabricación de biosensores.

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Tufts University