Biosensor de monitoreo molecular continuo permite la detección temprana de enfermedades

La monitorización continua del estado molecular del organismo podría abrir camino a diversas soluciones, desde la administración optimizada de fármacos hasta la detección temprana de enfermedades potencialmente mortales como el cáncer. Durante las últimas dos décadas, la investigación se ha centrado en el desarrollo de dispositivos capaces de medir reacciones químicas o biológicas en el organismo y transmitir sus lecturas al exterior.

Estos dispositivos, conocidos como biosensores, ya pueden detectar en tiempo real moléculas diminutas como los medicamentos, aunque generalmente solo funcionan durante períodos breves. Actualmente, no existe un biosensor confiable capaz de monitorear múltiples sustancias durante largos periodos de tiempo. Ahora, investigadores han desarrollado un novedoso sensor inspirado en los mecanismos de protección naturales del organismo, que puede monitorizar sustancias de forma continua hasta una semana después de su implantación en ratas vivas.

Investigadores de la Universidad de Stanford (Stanford, CA, EUA) han diseñado un sistema de biosensor modular llamado "Sensor nanoestructurado electroquímico estable para el seguimiento in situ de la sangre" (SENSBIT). Se ha demostrado que este sistema permanece completamente operativo hasta una semana cuando se implanta directamente en los vasos sanguíneos de ratas vivas. En un estudio publicado en Nature Biomedical Engineering, el equipo demostró que SENSBIT podía rastrear los perfiles de concentración de fármacos de forma continua.

El sistema alcanzó una eficacia óptima de señal tanto en modelos vivos de ratas como en suero humano. A lo largo de diez años, el equipo de Stanford desarrolló un interruptor molecular capaz de unirse a moléculas específicas en el cuerpo, generando una señal detectable para monitorizar de manera continua la concentración de dichas moléculas. Sin embargo, estos interruptores eran vulnerables a la degradación debido a las respuestas inmunológicas naturales del organismo.

Para superar este desafío, el equipo recubrió previamente los interruptores con electrodos nanoporosos. Estos electrodos lograron medir con éxito los niveles de fármacos dentro de un tumor en una rata viva por primera vez. A pesar de estos esfuerzos, la tecnología aún tenía dificultades para mantenerse funcional a largo plazo dentro del organismo debido a la interferencia del sistema inmunológico.

Inspirándose en los mecanismos de protección del intestino humano, el equipo desarrolló el sistema SENSBIT para replicar estas defensas naturales. Similar a las microvellosidades de la pared intestinal, la superficie de oro nanoporosa tridimensional del sistema protege sus componentes sensibles de la interferencia, mientras que una capa protectora similar a la mucosa intestinal ayuda a prevenir la degradación. Este diseño bioinspirado permite que SENSBIT se mantenga estable y sensible incluso después de una exposición prolongada al flujo sanguíneo en animales vivos.

Al realizar pruebas, el equipo descubrió que el sistema SENSBIT conservaba más del 70 % de su señal tras un mes en suero humano no diluido y más del 60 % después de una semana de implantación en los vasos sanguíneos de ratas vivas. Anteriormente, la mayor duración operativa de dispositivos similares por vía intravenosa era de aproximadamente 11 horas, mientras que SENSBIT logró funcionar hasta siete días. Este avance significa que SENSBIT puede ofrecer una monitorización molecular fiable y en tiempo real en fluidos biológicos complejos.

La compleja respuesta inmunitaria del organismo es un mecanismo de defensa eficaz contra virus, bacterias y otros invasores. Al comprender cómo el organismo coordina estas respuestas mediante señales moleculares, es posible detectar infecciones antes de que aparezcan los síntomas. Si bien SENSBIT no es el único método para la monitorización molecular continua, supone una mejora significativa respecto a otros dispositivos similares probados en sangre. La monitorización molecular continua podría revolucionar la medicina, ofreciendo el potencial no solo de una detección más temprana de enfermedades, sino también de ajustes personalizados del tratamiento en tiempo real.

“Este trabajo comenzó hace más de doce años y hemos avanzado constantemente en esta tecnología”, afirmó Tom Soh, autor principal del artículo y profesor de ingeniería eléctrica, bioingeniería y radiología en las facultades de Ingeniería y Medicina. “Esta mejora de un orden de magnitud en la longevidad de los sensores de sangre completa con respecto a las tecnologías existentes supone un gran avance hacia los biosensores de próxima generación”.