Investigadores del Instituto de Física General Prokhorov de la Academia de Ciencias de Rusia y el Instituto de Física y Tecnología de Moscú han desarrollado un método novedoso para diagnosticar y controlar los trastornos autoinmunes. En tan solo 25 minutos, su nuevo biosensor no solo mide la concentración de autoanticuerpos en el suero sanguíneo humano con una sensibilidad extremadamente alta, pero también, por primera vez, cuantifica su actividad. La combinación de estos parámetros permite la elaboración de nuevos criterios diagnósticos para enfermedades autoinmunes, así como nuevos enfoques para su tratamiento. El artículo fue publicado en Biosensores y bioelectrónica , la revista científica de mayor rango en el campo de la tecnología de biodetección y la química analítica.

Los autoanticuerpos producidos por el sistema inmunológico malinterpretan las células y los órganos del organismo como objetivos, causando trastornos autoinmunes. Los autoanticuerpos están asociados con más de 80 enfermedades autoinmunes graves que van desde la artritis reumatoide, soriasis, y lupus a la esclerosis múltiple y la diabetes tipo 1. Muchos de ellos requieren cuidados y tratamientos de por vida para aliviar el sufrimiento.

Los autoanticuerpos están presentes en la sangre de aproximadamente el 10% de la población. Debido a la alta prevalencia de trastornos autoinmunes, el impacto económico es enorme y se estima que en algunos países duplica el del cáncer. Los autoanticuerpos aparecen en la sangre mucho antes del inicio clínico, y sus características se pueden utilizar para prever la actividad y la gravedad de la enfermedad.

En la actualidad, el tratamiento de las enfermedades autoinmunes es sustancialmente complicado debido a las dramáticas variaciones en los resultados de las pruebas comerciales de diferentes fabricantes.

"Dependiendo del laboratorio que realice la prueba, y el método utilizado, la concentración de autoanticuerpos medida en la misma muestra al mismo tiempo puede variar en un factor de 10, "dice uno de los autores del artículo, Alexey Orlov, un científico senior del Laboratorio de Biofotónica en GPI RAS y Laboratorio de Nanobiotecnología en MIPT, un graduado de 2010 de MIPT. "De hecho, nadie podía confiar en la concentración de autoanticuerpos como parámetro cuantitativo para evaluar la eficacia de la terapia ".

Tales inconsistencias en los resultados de las pruebas provienen de la naturaleza compleja de los autoanticuerpos. Un autoanticuerpo comprende un conjunto de muchas moléculas heterogéneas que interactúan entre sí y con un objetivo de formas sustancialmente diferentes. Hasta ahora, ninguna técnica ha proporcionado la capacidad de tener en cuenta este factor.

También, los métodos existentes, ampliamente utilizado en la práctica clínica, no brindan la opción de caracterizar la actividad de los anticuerpos, el parámetro que muestra cuán destructivos son los anticuerpos para los tejidos diana. Los autores han desarrollado una herramienta que aborda ambos problemas a la vez:realiza mediciones rápidas de alta sensibilidad de la actividad y concentración de autoanticuerpos.

Otra característica innovadora es la determinación simultánea en una sola muestra de la concentración y actividad de autoanticuerpos contra varios objetivos. Tal enfoque aumenta sustancialmente el mérito diagnóstico de la solución porque diferentes niveles de autoanticuerpos contra dianas diferentes pueden ser indicativos de distintas enfermedades. Un análisis de correlación de los datos obtenidos simultáneamente sobre múltiples autoanticuerpos puede mejorar considerablemente la precisión de los diagnósticos.

"Por eso llamamos a nuestro sistema multiplex, o multiparamétrico, "menciona el coautor del estudio, Averyan Pushkarev, estudiante de doctorado del MIPT y ex alumno de 2018. "Una gran ventaja son los consumibles utilizados en nuestra técnica:utilizamos un cubreobjetos de microscopio estándar. Su bajo costo es especialmente importante para el diagnóstico médico masivo, que requiere consumibles desechables ".

Si bien el estudio demuestra la caracterización simultánea de anticuerpos contra dos dianas, el equipo está trabajando para aumentar ese número. Usando la tecnología de microchip, por ejemplo, Se pueden depositar miles de objetivos de tamaño de 100 micrones en un engobe de vidrio.

En la nueva técnica, Se pasa una gota de suero sanguíneo del paciente sobre la superficie deslizante de vidrio. Si hay anticuerpos presentes en el suero, encuentran sus objetivos depositados en el vidrio y se unen a ellos, aumentando el espesor de la biocapa en el vidrio. Bajo el resbalón de cristal, hay un sistema de interferometría desarrollado en GPI RAS. Este lector óptico único permite mediciones en tiempo real del grosor de la capa molecular en cada punto de la superficie del vidrio.

"Un detalle fundamentalmente importante:a diferencia de muchos otros métodos, tenemos los autoanticuerpos interactuando con objetivos en movimiento en lugar de aquellos inmovilizados en una superficie, "Agrega Orlov." Esta es la primera solución que permite la investigación de la interacción de autoanticuerpos con objetivos en su forma y entorno natural. ya que están presentes en un organismo vivo ".

Esto se logra de la siguiente manera:una vez que un autoanticuerpo se une a un objetivo en el vidrio, los investigadores bombean una solución de moléculas diana libres a lo largo del vidrio. En ese punto, los autores implementan un enfoque que nadie ha podido poner en práctica para la importante tarea mencionada. Cada autoanticuerpo posee uno o más fragmentos de reconocimiento, conocido como Fab-fragments o 'manos, 'que puede reconocer y agarrar objetivos. En la prueba, un autoanticuerpo agarra el objetivo inmovilizado con una 'mano' y usa las otras para atrapar objetivos móviles de la muestra de suero. Este proceso proporciona datos cuantitativos sobre la actividad real (nativa) de los anticuerpos. Es más, esta configuración, Por un lado, proporciona inmovilización de autoanticuerpos sobre el vidrio en su forma natural; y por otro lado, minimiza la unión de componentes extraños que pueden afectar los resultados.

"Hemos desarrollado no solo una prueba de diagnóstico eficiente, sino también una herramienta única para la investigación de autoanticuerpos, "comenta el autor principal del artículo, Petr Nikitin, quien dirige el Laboratorio de Biofotónica en GPI RAS y se graduó en 1979 de MIPT. "Utilizando muestras de sangre de pacientes, hemos demostrado que el parámetro cuantitativo de la actividad de los autoanticuerpos es independiente de su concentración. Los médicos ahora tienen una herramienta para monitorear cuantitativamente ambos parámetros clave en el curso de una enfermedad, y la elaboración de nuevos métodos avanzados para el diagnóstico y tratamiento de trastornos autoinmunes ".