Un grupo de investigadores de ingeniería mecánica de la Universidad Carnegie Mellon ha empujado los límites de las pruebas de diagnóstico a un nivel nunca antes visto.

Los investigadores, dirigidos por Rahul Panat, profesor asociado de ingeniería mecánica, han desarrollado un sistema de sensores que pudo detectar con éxito niveles del neurotransmisor dopamina hasta concentraciones femtomolares. Han publicado sus hallazgos en Nature Communications .

Para poner eso en perspectiva, imagina verter menos de un gramo de dopamina en el Crater Lake de Oregón, el lago más profundo de los EE. UU. Este sensor podría detectarlo.

"Hemos roto una barrera fundamental para el límite de detección de biomoléculas", explicó Azahar Ali, autor principal del artículo. En otras palabras, esta es la concentración más pequeña de dopamina jamás detectada de manera confiable.

Este increíble avance se logró aprovechando el poder de la fabricación aditiva y la nanotecnología para crear un sistema de detección increíblemente sensible, que consta de un electrodo tridimensional colocado en un canal de microfluidos, a través del cual se bombean las muestras.

Los electrodos anteriores consistían en una superficie de detección bidimensional, que no podía detectar concentraciones cada vez más pequeñas de moléculas objetivo, ya que la mayoría de ellas pasaban flotando sin interactuar. Para superar ese límite, el área de detección del electrodo tendría que moverse a la tercera dimensión para ayudar a "atrapar" las moléculas a medida que se mueven a través de él.

Para lograr esto, el equipo utilizó una técnica conocida como impresión de nanopartículas 3D por chorro de aerosol, lo que les permitió construir micropilares diminutos utilizando nanopartículas de plata. Cada gota se añadió encima de la anterior y se sinterizó hasta formar un pilar hueco. Luego, se cubrieron con pequeñas escamas de óxido de grafeno, lo que aumentó aún más el área de la superficie del pilar y ayudó a detectar la dopamina.

Pero, ¿por qué dopamina? Es una molécula de señalización importante en el cerebro y el cuerpo, comúnmente asociada con el control del estado de ánimo. Sin embargo, también juega un papel en múltiples enfermedades neurodegenerativas, como la esquizofrenia, el Alzheimer y la adicción. Se puede encontrar en la sangre, pero en niveles muy bajos.

La alta sensibilidad de este dispositivo podría permitir que un médico extraiga una pequeña gota de sangre y analice la presencia de dopamina, creando un método de diagnóstico mínimamente invasivo. Esto podría permitir pruebas más tempranas y sencillas para estas afecciones, lo que potencialmente podría salvar vidas. Panat cree que los avances como este están muy atrasados.

"Creo que la industria de dispositivos biomédicos se ha quedado atrás en alcanzar el progreso en la miniaturización y los avances en microelectrónica. Y nosotros en la academia podemos ayudar a cambiar eso", dice.

El año pasado, su equipo usó un sistema de micropilares similar para desarrollar una prueba rápida de anticuerpos contra el covid-19. Sin embargo, la relativa simplicidad del dispositivo significa que se puede adaptar para detectar una amplia variedad de moléculas diferentes, desde anticuerpos hasta neurotransmisores y muchas cosas intermedias.

Las direcciones futuras de este sistema son casi infinitas. Se podrían colocar varios electrodos en un dispositivo para crear un sistema multiplex, capaz de detectar varios biomarcadores diferentes a la vez. O bien, podría integrarse en una nueva forma de tecnología portátil, capaz de detectar niveles de electrolitos.

Sin embargo, independientemente de dónde veamos implementada esta tecnología, fue posible gracias al uso de herramientas y estrategias de ingeniería para abordar un problema existente desde una disciplina diferente. El resultado es una solución innovadora que ayudará a definir el futuro de la medicina. + Explora más

Detección de anticuerpos COVID-19 en 10 segundos