El óxido nítrico (NO) es una de las moléculas de señalización más importantes en las células vivas, llevar mensajes dentro del cerebro y coordinar las funciones del sistema inmunológico. En muchas células cancerosas, los niveles están perturbados, pero se sabe muy poco sobre cómo se comporta el NO tanto en las células sanas como en las cancerosas.

"El óxido nítrico tiene funciones contradictorias en la progresión del cáncer, y necesitamos nuevas herramientas para comprenderlo mejor, "dice Michael Strano, el profesor Carbon P. Dubbs de Ingeniería Química en el MIT. "Nuestro trabajo proporciona una nueva herramienta para medir esta importante molécula, y potencialmente otros, en el propio cuerpo y en tiempo real ".

Dirigido por la postdoctora Nicole Iverson, El laboratorio de Strano ha construido un sensor que puede monitorear el NO en animales vivos durante más de un año. Los sensores descrito en la edición del 3 de noviembre de Nanotecnología de la naturaleza , puede implantarse debajo de la piel y usarse para controlar la inflamación, un proceso que produce NO. Esta es la primera demostración de que los nanosensores podrían usarse dentro del cuerpo durante este período de tiempo prolongado.

Tales sensores, hecho de nanotubos de carbono, también podría adaptarse para detectar otras moléculas, incluida la glucosa. El equipo de Strano ahora está trabajando en sensores que podrían implantarse debajo de la piel de pacientes diabéticos para monitorear sus niveles de glucosa o insulina. eliminando la necesidad de tomar muestras de sangre.

Sensores a corto y largo plazo

Nanotubos de carbono:huecos, Los cilindros de un nanómetro de espesor hechos de carbono puro han atraído un gran interés como sensores. El laboratorio de Strano ha desarrollado recientemente sensores de nanotubos de carbono para una variedad de moléculas, incluido el peróxido de hidrógeno y agentes tóxicos como el gas nervioso sarín. Estos sensores aprovechan la fluorescencia natural de los nanotubos de carbono, acoplándolos a una molécula que se une a un objetivo específico. Cuando el objetivo está atado, la fluorescencia de los tubos se aclara o se atenúa.

El laboratorio de Strano ha demostrado previamente que los nanotubos de carbono pueden detectar NO si los tubos están envueltos en ADN con una secuencia particular. En el nuevo periódico, los investigadores modificaron los nanotubos para crear dos tipos diferentes de sensores:uno que se puede inyectar en el torrente sanguíneo para un monitoreo a corto plazo, y otro que está incrustado en un gel para que pueda implantarse a largo plazo debajo de la piel.

Para hacer que las partículas sean inyectables, Iverson adjuntó PEG, un polímero biocompatible que inhibe la acumulación de partículas en el torrente sanguíneo. Descubrió que cuando se inyecta en ratones, las partículas pueden fluir a través de los pulmones y el corazón sin causar ningún daño. La mayoría de las partículas se acumulan en el hígado. donde se pueden utilizar para controlar el NO asociado con la inflamación.

"Hasta ahora solo hemos examinado el hígado, pero vemos que permanece en el torrente sanguíneo y va a los riñones. Potencialmente podríamos estudiar todas las diferentes áreas del cuerpo con esta nanopartícula inyectable, "Dice Iverson.

El sensor de más largo plazo consta de nanotubos incrustados en un gel hecho de alginato, un polímero que se encuentra en las algas. Una vez que este gel se implanta debajo de la piel de los ratones, permanece en su lugar y permanece funcional durante 400 días; los investigadores creen que podría durar aún más. Este tipo de sensor podría usarse para monitorear el cáncer u otras enfermedades inflamatorias, o para detectar reacciones inmunes en pacientes con caderas artificiales u otros dispositivos implantados, según los investigadores.

Una vez que los sensores están en el cuerpo, los investigadores les iluminan con un láser de infrarrojo cercano, producir una señal fluorescente en el infrarrojo cercano que se puede leer con un instrumento que puede diferenciar entre nanotubos y otra fluorescencia de fondo.

Monitoreo de glucosa

Iverson ahora está trabajando para adaptar la tecnología para detectar glucosa, envolviendo diferentes tipos de moléculas alrededor de los nanotubos.

La mayoría de los pacientes diabéticos deben pincharse los dedos varias veces al día para tomar lecturas de glucosa en sangre. Si bien hay sensores de glucosa electroquímicos disponibles que se pueden conectar a la piel, esos sensores duran solo una semana como máximo, y existe riesgo de infección porque el electrodo perfora la piel.

Es más, Strano dice, la tecnología de sensores electroquímicos no es lo suficientemente precisa como para incorporarse al tipo de sistema de monitoreo de circuito cerrado en el que los científicos están trabajando ahora. Este tipo de sistema consistiría en un sensor que ofrece monitoreo de glucosa en tiempo real, conectado a una bomba de insulina que administraría insulina cuando fuera necesario, sin necesidad de punción en el dedo o inyección de insulina por parte del paciente.

"La idea actual es que todas las partes del sistema de circuito cerrado están en su lugar, excepto un sensor preciso y estable. Existe una oportunidad considerable para mejorar los dispositivos que ahora están en el mercado para que se pueda realizar un sistema completo, "Dice Strano.