(Phys.org) —El diagnóstico temprano es fundamental para tratar la enfermedad de Lyme. Sin embargo, Casi una cuarta parte de los pacientes con enfermedad de Lyme reciben un diagnóstico erróneo inicialmente porque las pruebas serológicas actualmente disponibles tienen poca sensibilidad y especificidad durante las primeras etapas de la infección. Los pacientes mal diagnosticados pueden no recibir tratamiento y, por lo tanto, progresar a la enfermedad de Lyme en etapa tardía, donde se enfrentan a tratamientos más prolongados e invasivos, así como síntomas persistentes.

Las pruebas existentes evalúan la presencia de anticuerpos contra proteínas bacterianas, que tardan semanas en formarse después de la infección inicial y persisten después de que la infección desaparece. Ahora, una técnica inspirada en la nanotecnología desarrollada por investigadores de la Universidad de Pensilvania puede conducir a diagnósticos que puedan detectar el propio organismo.

El estudio fue dirigido por el profesor A. T. Charlie Johnson del Departamento de Física y Astronomía de la Facultad de Artes y Ciencias de Penn junto con el estudiante graduado Mitchell Lerner. la investigadora de pregrado Jennifer Dailey y el becario postdoctoral Brett R. Goldsmith, toda la Física. Colaboraron con Dustin Brisson, un profesor asistente de biología que proporcionó al equipo su experiencia sobre la bacteria.

Su investigación fue publicada en la revista Biosensores y bioelectrónica .

"Cuando se infecta inicialmente con la bacteria de la enfermedad de Lyme, no desarrolla anticuerpos durante varios días o algunas semanas, ", Dijo Johnson." Muchas personas ven a su médico antes de que se desarrollen los anticuerpos, conduciendo a resultados negativos de las pruebas serológicas. Y después de una infección inicial, todavía vas a tener estos anticuerpos, por lo que el uso de estos diagnósticos serológicos no dejará en claro si aún está infectado o no después de haber sido tratado con antibióticos ".

La idea del equipo de investigación era darle la vuelta al proceso, utilizando anticuerpos producidos en laboratorio para detectar la presencia de proteínas del organismo. Esta es una extensión del trabajo anterior que el laboratorio de Johnson ha realizado conectando otras estructuras biológicas, como los receptores olfativos y el ADN, a dispositivos basados ​​en nanotubos de carbono.

Nanotubos de carbon, celosías enrolladas de átomos de carbono, son altamente conductivos y sensibles a la carga eléctrica, haciéndolos componentes prometedores de dispositivos electrónicos a nanoescala. Al unir diferentes estructuras biológicas al exterior de los nanotubos, pueden funcionar como biosensores altamente específicos. Cuando la estructura adjunta se une a una molécula, la carga de esa molécula puede afectar la conducción eléctrica del nanotubo, que puede ser parte de un circuito eléctrico como un cable. Por lo tanto, un dispositivo de este tipo puede proporcionar una lectura electrónica de la presencia, o incluso concentración, de una molécula en particular.

Para sacar la señal eléctrica de estos nanotubos, el equipo primero los convirtió en dispositivos de transistores.

"Primero cultivamos estos nanotubos en lo que equivale a un chip grande utilizando un método de deposición de vapor, luego haga las conexiones eléctricas esencialmente al azar, ", Dijo Johnson." Luego rompemos el chip y probamos todos los transistores de nanotubos individuales para ver cuál funciona mejor ".

En su experimento reciente, El equipo de Johnson adjuntó anticuerpos que se desarrollan naturalmente en la mayoría de los animales que están infectados con la bacteria de la enfermedad de Lyme a estos transistores de nanotubos. Estos anticuerpos se unen naturalmente a un antígeno, en este caso, una proteína en la bacteria de Lyme, como parte de la respuesta inmunológica del cuerpo.

"Tenemos un proceso químico que nos permite conectar cualquier proteína a los nanotubos de carbono. Los nanotubos son muy estables, por lo que tenemos un compuesto muy reactivo que se une al nanotubo y también tiene un grupo de ácido carboxílico en el otro extremo. Para los bioquímicos, conseguir que cualquier tipo de proteína se una a un grupo de ácido carboxílico es un juego de niños en este momento, y hemos trabajado con ellos para aprender a realizar esta química en la pared lateral de los nanotubos. "

Después de usar microscopía de fuerza atómica para mostrar que los anticuerpos se habían unido al exterior de sus transistores de nanotubos, los investigadores los probaron eléctricamente para obtener una lectura de referencia. Luego colocaron los nanotubos en soluciones que contenían diferentes concentraciones de la proteína de la bacteria de Lyme objetivo.

"Cuando lavamos la solución y volvamos a probar los transistores de nanotubos, el cambio en lo que medimos nos dice qué cantidad del antígeno se ha unido, ", Dijo Johnson." Y vemos la relación que esperamos ver, en que cuanto más antígeno había en la solución, cuanto mayor sea el cambio en la señal ".

La concentración más pequeña que pudieron detectar los dispositivos de nanotubos fue de cuatro nanogramos de proteína por mililitro de solución.

"Esta sensibilidad es más que suficiente para detectar la bacteria de la enfermedad de Lyme en la sangre de pacientes infectados recientemente y puede ser suficiente para detectar la bacteria en fluidos de pacientes que han recibido un tratamiento inadecuado". "Dijo Brisson.

"Realmente queremos que la proteína que buscamos detectar se una lo más cerca posible del nanotubo, ya que eso es lo que aumenta la fuerza de la señal eléctrica, ", Dijo Johnson." Desarrollar una La versión mínima del anticuerpo, lo que llamamos un fragmento variable de cadena única, sería el siguiente paso.

"Basado en nuestro trabajo anterior con fragmentos variables de cadena simple de otros anticuerpos, esto probablemente haría que un dispositivo de este tipo fuera mil veces más sensible ".

Los investigadores sugirieron que, dada la flexibilidad de su técnica para unir diferentes estructuras biológicas, eventuales herramientas de diagnóstico podrían incorporar múltiples anticuerpos, cada uno detecta una proteína diferente de la bacteria de Lyme. Tal configuración mejoraría la precisión y reduciría la posibilidad de diagnósticos falsos positivos.

"Si hiciéramos este tipo de prueba en la sangre de una persona ahora, sin embargo, diríamos que la persona tiene la enfermedad, "Dijo Johnson." El primer pensamiento es que si detecta cualquier proteína proveniente del organismo de Lyme en su sangre, está infectado y debe recibir tratamiento de inmediato ".