Un equipo de investigadores dirigido por la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur), ha creado pequeñas gotas que, cuando se activan con luz láser, pueden detectar biomarcadores de proteínas virales que indican la presencia de ciertas enfermedades.
Estas microgotas, de aproximadamente un tercio del diámetro de un mechón de cabello humano, podrían viajar por el torrente sanguíneo para llegar a todas las partes del cuerpo humano y detectar partículas secretadas por células, conocidas como exosomas, que funcionan como biomarcadores de enfermedades.
El profesor asistente de Nanyang, Chen Yu-Cheng, de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de NTU, quien dirigió el equipo de investigación con el Dr. Fang Guocheng, dijo que las microgotas también podrían ofrecer una alternativa más precisa y eficaz a la terapia fotodinámica, que utiliza energía activada por luz. portadores de medicamentos para matar células anormales.
El trabajo del equipo de investigación se publicó en la revista Nano Letters. en marzo de 2023.
El equipo de investigación utilizó un cristal líquido para crear microgotas que luego se recubrieron con varios anticuerpos que reaccionan a diferentes proteínas secretadas por los virus, convirtiéndolos en detectores de enfermedades.
La microgota sirve como punto focal para la luz láser. Cuando el láser entra en la gota, su energía y luz se amplifican a medida que el láser se refleja y rebota dentro de la gota repetidamente antes de salir de la gota. Esto crea una señal de energía más fuerte que se emite desde la gota, lo que genera señales más exactas, precisas y fácilmente detectables.
Cuando una microgota encuentra una proteína que reacciona con uno de sus anticuerpos adheridos, lo que sugiere la presencia de una enfermedad o infección, la longitud de onda de la luz reflejada en las microgotas cambia.
Al medir el cambio de longitud de onda a medida que sale de la microgota, los investigadores han utilizado la tecnología en ensayos de laboratorio para detectar con éxito trastornos neurológicos, enfermedades genéticas y células cancerosas.
El profesor asistente Chen dijo:"El uso de láseres nos permite amplificar cambios biológicos sutiles, ya que funcionan bien incluso en ambientes de tejido disperso o profundo. Los láseres ofrecen una fuerte coherencia e intensidad y una alta relación señal-ruido, todo lo cual conduce a más detección precisa."
Los investigadores dijeron que las microgotas tienen aplicaciones potenciales en la detección de drogas. "Prevemos que el estudio propuesto pueda servir como una herramienta útil tanto para la ciencia biológica fundamental como para aplicaciones como la detección de fármacos y aplicaciones de órganos o tejidos en chips", afirmó el profesor asistente Chen.
Actualmente, las pruebas de células enfermas se realizan con luz fluorescente convencional. El uso de un láser confiere varias ventajas, afirmaron los investigadores. El más importante es una mayor precisión en la detección de enfermedades.
"Como la longitud de onda de un haz reflejado por láser ocupa una banda más estrecha que la fluorescencia utilizada en las pruebas convencionales, los resultados son más claros y precisos, con menos ruido e incertidumbre", afirmó el Dr. Fang, becario postdoctoral presidencial de la Escuela de Ciencias de la Universidad de NTU. Ingeniería Eléctrica y Electrónica y coautor correspondiente del artículo.
"Debido a su alta sensibilidad a los cambios en el entorno, las partículas láser se han empleado como sensores moleculares en diversas aplicaciones", afirmó el profesor asistente Chen.
Estas microgotas personalizables también ofrecen flexibilidad en movimiento y detección. Según una investigación publicada anteriormente, pueden controlarse manualmente mediante partículas magnéticas o moverse de forma autónoma mediante lípidos y tensioactivos, lo que les permite propagarse dentro del cuerpo. También son biodegradables y el cuerpo puede absorberlos de forma segura.
"La capacidad de manipular microláseres (láseres de unas pocas micras de tamaño) en fluidos biológicos abre nuevas posibilidades en aplicaciones biofotónicas", afirmó el profesor adjunto Chen.
Usos alternativos en terapia fotodinámica
Las microgotas podrían aplicarse en terapia fotodinámica, donde los pacientes reciben un fármaco activado por luz. Estos medicamentos, llamados fotosensibilizadores, están diseñados para ser absorbidos únicamente por células enfermas o anormales y solo surten efecto cuando se activan con una fuente de luz.
Las microgotas del equipo son lo suficientemente pequeñas como para navegar por el torrente sanguíneo y también unirse a los exosomas. Podrían usarse para administrar estos fotosensibilizadores en áreas donde las células enfermas eliminan exosomas.
La terapia fotodinámica convencional utiliza una luz fluorescente externa para activar los transportadores de fármacos en el torrente sanguíneo, que iluminan una gran superficie del cuerpo. Los médicos pueden activar los fármacos de forma más precisa y local utilizando un láser como fuente de luz, lo que conduce a una mejor eficiencia específica.
El equipo de investigación está trabajando actualmente para desarrollar un biochip integrado que potencialmente pueda comercializarse para su uso en detección de fármacos y bioensayos en un solo chip.
Más información: Ziyihui Wang et al, Microláseres autónomos para perfilar vesículas extracelulares de esferoides cancerosos, Nano letras (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.2c04123
Ziyihui Wang et al, Microláseres similares a motores que funcionan en fluidos biológicos, Lab on a Chip (2022). DOI:10.1039/D2LC00513A
Información de la revista: Laboratorio en un chip , Nanoletras
Proporcionado por la Universidad Tecnológica de Nanyang
