Imagina un Fitbit que mide mucho más que pasos, ritmo cardiaco, y calorías quemadas. Realiza un seguimiento continuo de todos los indicadores de salud fisiológica que actualmente requieren análisis del plasma sanguíneo costosos y que requieren mucho tiempo. El dispositivo es económico, de confianza, y alimentado por las mismas proteínas que nuestro cuerpo produce durante todo el día, cotidiano. Aunque parece un concepto inverosímil según los estándares actuales, James Galagan, un ingeniero biomédico de la Universidad de Boston, dice que la investigación realizada en su laboratorio podría acelerar ese dispositivo desde la mesa de dibujo hasta nuestra vida diaria.

Un equipo de investigadores del laboratorio BU de Galagan y la Universidad de Burdeos se inspiró en el único dispositivo biométrico comercialmente exitoso que monitorea una función fisiológica las 24 horas:el monitor continuo de glucosa, cuya tarea central es realizada por una proteína obtenida de un microbio que detecta la glucosa.

"Hay potencialmente millones de proteínas similares, "dice el líder del equipo Galagan, un profesor asociado de ingeniería biomédica de la Facultad de Ingeniería de la BU. "Pueden sentir casi cualquier cosa que afecte nuestra salud. Una razón principal por la que no tenemos más sensores como el sensor de glucosa es que las proteínas necesarias para fabricar esos sensores no han sido identificadas".

Entonces, El equipo de Galagan, que incluye a los miembros de la facultad de Ingeniería de la Universidad de BU, Mark Grinstaff, Allison Dennis, y Catherine Klapperich, se dispuso a encontrar algunos. Sus hallazgos, descrito en un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza , utilizó un enfoque de detección novedoso para identificar el primer sensor derivado de bacterias conocido para detectar progesterona, una hormona femenina que juega un papel fundamental en la reproducción. Luego, el equipo desarrolló una tecnología que tradujo las capacidades de detección del sensor en una salida óptica, creando el primer tiempo real, sensor de progesterona óptico y reversible.

La reversibilidad del sensor, dice Galagan, le permite generar mediciones continuas a medida que el nivel de la hormona sube y baja en el cuerpo, similar al sensor de glucosa. También distingue al sensor de los métodos existentes basados ​​en anticuerpos para medir la progesterona, que proporcionan solo una medición desde un único punto en el tiempo.

En una prueba con orina artificial, los investigadores encontraron que el sensor, que puede equiparse con un lector electrónico portátil y económico para aplicaciones en el punto de atención, podría detectar progesterona con una especificidad suficiente para uso clínico. Todo lo cual sugiere que podría ser adecuado para uso doméstico, reemplazando muchas pruebas de laboratorio para las mediciones de progesterona que se requieren durante el proceso de fertilización in vitro.

La gran conclusión del estudio dice Galagan, es que es una "primera prueba de principio de que podríamos tomar un organismo, identificar una nueva proteína sensora, aislar esta proteína de la bacteria, y conviértalo en un dispositivo sensor que sea aplicable al uso en el punto de atención. Hasta donde sabemos, esto nunca se ha hecho antes ". Él enfatiza que el enfoque recientemente desarrollado no usa las bacterias como un sensor. Más bien, extrae las bacterias en busca de partes de proteínas, aísla esas partes, y luego los convierte en sensores que se pueden utilizar para la ingeniería de dispositivos.

"Hasta ahora, Las tecnologías portátiles se han centrado principalmente en macro [indicadores] de salud, como la frecuencia cardíaca, presión arterial, etc., "dice Kenneth Lutchen, decano de la Facultad de Ingeniería de la BU. "Pero necesitamos desesperadamente métodos para predecir la aparición de enfermedades mucho antes de que creen cambios peligrosos en tales medidas. El Dr. Galagan y sus colegas han demostrado una prueba de principio para proporcionar un monitoreo en tiempo real de los indicadores microbianos del estado de salud de una manera que puede transformar radicalmente nuestro capacidad para participar en predicciones, telemedicina domiciliaria. En principio, pueden proporcionar información temprana específica y sensible sobre la aparición de enfermedades que conducen a una intervención temprana, de modo que se mejore la calidad de vida al tiempo que se reducen drásticamente los costos de atención médica ".

El papel, cuya tecnología se presentó recientemente en el simposio de lanzamiento del nuevo Centro de diagnóstico de precisión de BU, proporciona una base para desarrollar muchos más dispositivos sensores, basado en la misma clase de proteínas. Los investigadores actualmente están construyendo sobre esa base:desarrollando tecnología para inmovilizar e implementar dichos sensores, y trabajando en formas de convertir sus capacidades de detección en una señal electrónica directa.

"Cooptar la biología con fines tecnológicos normalmente requiere traducir señales biológicas en un flujo de fotones o electrones, ", dice Galagan." Estamos trabajando en eso ahora ".

"Lo mejor de esto es la naturaleza interdisciplinaria de la investigación, "dice Klapperich, director del Centro de diagnóstico de precisión de BU. "Tenemos gente haciendo trabajo computacional, trabajo molecular, y personas de la ciencia de los materiales que están construyendo los sensores. Trabajar con tanta gente de diferentes partes de la Universidad es emocionante ".

Dado que su avance se informó en Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores ya han desarrollado un enfoque de segunda generación que les permite seleccionar piezas de muestras microbianas complejas, en lugar de una sola bacteria cultivada. Ese cribado "metagenómico" puede buscar cosas como el suelo, o nuestro propio microbioma, esencialmente otorgando acceso a la diversidad completa de microbios para investigadores que buscan partes sensibles. Y debido a que el enfoque identifica un gen específico así como una proteína sensora, permite a los investigadores modificar el factor de transcripción de manera que podría hacerlo más poderoso o adquirir la capacidad de detectar otros compuestos químicos, como cortisol o estrógeno.

"Ahora, estamos trabajando con hormonas, ", dice Klapperich." Pero esto puede funcionar con todo tipo de cosas. No puedo esperar hasta que mejoremos esto ".

El gran desafío por delante Galagan dice:es el despliegue de dichos sensores para monitorear nuestra salud y medio ambiente. Su equipo espera utilizar la tecnología que se está construyendo en laboratorios de todo el mundo para desarrollar una amplia gama de aplicaciones:desde la detección de la salud de los corales hasta el monitoreo de variables fisiológicas del sudor y el líquido intersticial con un dispositivo portátil no invasivo o mínimamente invasivo.

"Esto es solo la punta del iceberg, ", dice Galagan." Ahora estamos en condiciones de extraer toda la diversidad de microbios para diseñar sensores para una amplia gama de salud, biotecnológico y aplicaciones de consumo. Esperamos que algún día estos sensores estén disponibles en los estantes junto al monitor continuo de glucosa ".