Los pacientes que luchan contra algunas enfermedades crónicas a menudo deben esperar años para obtener un diagnóstico adecuado. Por ejemplo, síntomas como la dificultad para respirar pueden atribuirse a muchos trastornos pulmonares y cardiovasculares, por lo que los pacientes pueden recibir tratamiento por una enfermedad mal diagnosticada que dista mucho de ser un diagnóstico y tratamiento precisos.
Por lo tanto, uno de los métodos más prometedores para abordar este problema es realizar un seguimiento de los niveles de compuestos específicos en el cuerpo durante el desarrollo de una enfermedad específica. En esta dirección, científicos del Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias (Varsovia, Polonia) y de la Universidad Nacional de Kaohsiung en Kaohsiung (Kaohsiung, Taiwán) presentaron su investigación sobre el desarrollo de un método para el diagnóstico rápido y eficaz de una enfermedad letal. enfermedad pulmonar.
La fibrosis pulmonar idiopática (FPI) es una enfermedad crónica que causa fibrosis pulmonar con resultados fatales y que provoca asfixia. Sus síntomas más comunes son la tos seca y la dificultad para respirar, que pueden asociarse a múltiples trastornos. Por lo tanto, a menudo se puede diagnosticar erróneamente como muchas enfermedades diferentes, lo que hace que el diagnóstico preciso sea largo y arduo, lo que afecta dramáticamente la calidad de vida del paciente.
Además, los síntomas pueden retrasarse hasta que sea demasiado tarde para tratar al paciente con éxito. El desarrollo de la FPI sigue siendo un misterio médico. Por tanto, existe una enorme necesidad de un diagnóstico precoz de la FPI. La detección electroquímica de biomarcadores de FPI es una de las soluciones. Los biomarcadores son compuestos específicos, por ejemplo, proteínas, ácidos nucleicos u otros compuestos producidos de forma anormal por el cuerpo durante el desarrollo de una enfermedad. Para la FPI, se pueden distinguir varios biomarcadores.
Uno de ellos es la metaloproteinasa-1 de matriz (MMP-1), que degrada los colágenos fibrilares en el tracto respiratorio. A pesar de las conocidas propiedades químicas de la MMP-1, la monitorización rápida de este biomarcador en los fluidos corporales como parte de la progresión de la FPI está ahora muy lejos de ser un diagnóstico de ensueño.
Recientemente, investigadores del Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias (IPC PAS) en Varsovia (Polonia), en colaboración con científicos del Departamento de Ingeniería Química y de Materiales de la Universidad Nacional de Kaohsiung en Kaohsiung (Taiwán), apuntaron a la rápida- Realice un seguimiento de la FPI y el diagnóstico rápido mediante el diseño de un nuevo quimiosensor electroquímico para la determinación selectiva, rápida y eficiente del biomarcador de la FPI, en particular MMP-1.
Para preparar este quimiosensor, los investigadores se basaron en la impresión molecular en polímeros, una técnica basada en mezclar un monómero funcional, un agente reticulante y una plantilla, seguido de la generación de una matriz polimérica que forma cavidades moleculares con forma de (molécula plantilla) que coinciden. una llave molecular que encaja en la cerradura de polímero.
En concreto, modificaron el electrodo transparente (un portaobjetos de vidrio recubierto con el óxido conductor de indio-estaño llamado ITO) con un polímero de impresión molecular (MIP), poli(TPARA-co-EDOT), elaborado a partir de dos monómeros, EDOT y TPARA. Además, dopado con MoS2 -Material escamoso 2D, el MIP se moldeó con el epítopo peptídico del biomarcador proteico MMP-1.
Luego, esta plantilla se eliminó del MIP, dejando cavidades moleculares de una forma y tamaño característicos de las moléculas de epítopo peptídico utilizadas para la impresión. Dado que las cavidades coinciden con estas moléculas peptídicas características, el MIP se puede utilizar fácilmente para determinar la molécula coincidente. Curiosamente, dopar el MIP con MoS2 mejoró significativamente el límite de detección de MMP-1 en comparación con el MIP no dopado.
El Dr. Piyush S. Sharma afirma:"La incorporación de materiales novedosos en quimiosensores electroquímicos puede mejorar su rendimiento y ayudar a dilucidar su mecanismo de detección. En nuestra investigación, el MIP con plantilla (epítopo peptídico) se dopó con MoS2 escamas con un tamaño medio de 0,6 a 1,5 μm durante su deposición como una película delgada sobre un electrodo ITO. Esencialmente, este dopaje duplicó la respuesta electroquímica (arriba del fondo) al biomarcador proteico MMP-1 objetivo".
La macromolécula MMP-1 tiene varios péptidos situados en sus bordes, los llamados epítopos, reconocidos por el sistema inmunológico. Estos epítopos se pueden emplear con éxito como impresión en quimiosensores MIP electroquímicos. Dado que la impresión de proteínas no daría como resultado su determinación exitosa, lo que daría lugar a grandes cavidades que encajan en muchos compuestos de moléculas más pequeñas, las moléculas impresas eran de epítopos peptídicos, mucho más pequeños que las proteínas.
Además, además de su tamaño más pequeño, los péptidos son más estables que las proteínas en condiciones experimentales, incluido el uso de un disolvente orgánico para formar una película de polímero en la superficie del electrodo. Cabe mencionar que utilizando MoS2 Los copos permiten la detección del biomarcador MMP-1 y, por tanto, de la fibrosis pulmonar idiopática.
"El MoS2 El rendimiento del electrodo recubierto con película de pAIP dopado es comparable al de la literatura reciente. Finalmente, el electrodo se utilizó para determinar MMP-1 en medios de cultivo de células HEK293T editadas genéticamente y, en comparación con un ensayo ELISA comercial, su precisión fue alta", comenta el profesor Włodzimierz Kutner.
Esta investigación, detallada en Nanomateriales aplicados ACS , es prometedor para monitorear el desarrollo de enfermedades crónicas y progresivas de etiología y patogénesis desconocidas, incluida la fibrosis pulmonar idiopática.
Todavía hay espacio para probar la detección en condiciones disruptivas, pero es de esperar que la impresión molecular en polímeros obtenga más atención y aplicación en biomedicina, acercando a la sociedad al diagnóstico rápido y preciso de muchas enfermedades desafiantes. Los investigadores esperan que su concepto probado de un quimiosensor electroquímico impreso molecularmente también pueda adaptarse a otras enfermedades y a la medicina personalizada.
Más información: Mei-Hwa Lee y otros, MoS2 Electrodos recubiertos de polímero impresos con péptidos dopados con nanohojas para la determinación electroquímica de la expresión de proteínas activadas por CRISPR/dCas9, Nanomateriales aplicados ACS (2023). DOI:10.1021/acsanm.3c04130
Proporcionado por la Academia Polaca de Ciencias
