Nanopartículas imprimibles permiten la producción masiva de biosensores portátiles

Es probable que el futuro de la medicina se centre en la personalización de la atención médica, comprendiendo exactamente lo que cada individuo necesita y proporcionando la combinación adecuada de nutrientes, metabolitos y medicamentos, cuando sea necesario, para estabilizar y mejorar su condición. Para hacer realidad esta visión, los médicos primero necesitan un método confiable para medir y rastrear continuamente biomarcadores específicos de la salud.

Ahora, un equipo de científicos ha desarrollado un método para la impresión por inyección de tinta de matrices de nanopartículas únicas, lo que permite la producción en masa de sensores portátiles de sudor duraderos. Estos sensores podrían usarse para rastrear varios biomarcadores, como vitaminas, hormonas, metabolitos y medicamentos, en tiempo real, lo que permitiría que tanto los pacientes como sus médicos monitorearan continuamente las fluctuaciones en los niveles de estas moléculas. Los biosensores portátiles que incorporan las nuevas nanopartículas ya se han utilizado con éxito para rastrear metabolitos en personas con COVID-19 persistente y los niveles de medicamentos de quimioterapia en pacientes con cáncer.

Imagen: Un sensor de sudor portátil basado en la tecnología de nanopartículas de núcleo-capa (Foto cortesía de Caltech)

Los científicos del Instituto Tecnológico de California (Pasadena, CA, EUA) ) han denominado a estas nanopartículas como nanopartículas cúbicas de núcleo-capa. Los cubos se crean en una solución que incluye la molécula que los investigadores pretenden rastrear, como la vitamina C. A medida que los monómeros forman espontáneamente un polímero, la molécula objetivo, como la vitamina C, queda atrapada dentro de las nanopartículas cúbicas. Luego se utiliza un disolvente para eliminar selectivamente las moléculas de vitamina C, dejando atrás una capa de polímero con agujeros que coinciden con la forma de las moléculas de vitamina C, similar a los anticuerpos artificiales que reconocen específicamente la forma de ciertas moléculas.

En el nuevo estudio, los investigadores combinan estos polímeros especialmente formados con un núcleo de nanopartículas hecho de hexacianoferrato de níquel (NiHCF). Este material puede oxidarse o reducirse bajo un voltaje eléctrico cuando se expone al sudor humano u otros fluidos corporales. Por ejemplo, en el caso de la vitamina C, el fluido entrará en contacto con el núcleo de NiHCF siempre que los agujeros con forma de vitamina C permanezcan desocupados, lo que generará una señal eléctrica. Sin embargo, cuando las moléculas de vitamina C entran en el polímero, encajan en estos agujeros, impidiendo que el sudor o los fluidos corporales interactúen con el núcleo. Esto hace que la señal eléctrica se debilite. La intensidad de la señal eléctrica, por lo tanto, indica la concentración de vitamina C presente.

Las nanopartículas de núcleo-capa son muy adaptables y se utilizan para imprimir conjuntos de sensores capaces de medir múltiples aminoácidos, metabolitos, hormonas o fármacos en el sudor o los fluidos corporales mediante el uso de varias "tintas" de nanopartículas en un único conjunto. Por ejemplo, en la investigación presentada en el estudio, los científicos imprimieron nanopartículas diseñadas para unirse a la vitamina C, junto con otras dirigidas al aminoácido triptófano y a la creatinina, un biomarcador comúnmente utilizado para evaluar la función renal. Todas estas nanopartículas se integraron en un solo sensor, que luego fue producido en masa. Estas tres moléculas son de especial interés en estudios sobre pacientes con COVID prolongado.

De manera similar, los investigadores imprimieron nanopartículas para crear sensores portátiles específicos para tres fármacos antitumorales diferentes, que luego se probaron en pacientes con cáncer. En un artículo publicado en la revista Nature Materials que muestra la nueva técnica, el equipo también demostró que estas nanopartículas podrían usarse para imprimir sensores que se pueden implantar justo debajo de la piel para monitorear con precisión los niveles de fármacos dentro del cuerpo.

"Existen muchas enfermedades crónicas y sus biomarcadores que ahora podemos monitorear de manera continua y no invasiva gracias a estos sensores", afirmó el profesor Wei Gao, autor correspondiente del artículo. "Al demostrar el potencial de esta tecnología, pudimos controlar de forma remota la cantidad de medicamentos contra el cáncer en el cuerpo en un momento dado. Esto nos indica el camino hacia el objetivo de personalizar la dosis no solo para el cáncer, sino también para muchas otras enfermedades".