La hormona sexual comúnmente conocida como estrógeno juega un papel importante en múltiples aspectos de la salud y la fertilidad de la mujer. Los niveles altos de estrógeno en el cuerpo están asociados con el cáncer de mama y de ovario, mientras que los niveles bajos de estradiol pueden provocar osteoporosis, enfermedades cardíacas e incluso depresión. (El estrógeno es una clase de hormonas que incluye al estradiol como la forma más potente). El estradiol también es necesario para el desarrollo de los caracteres sexuales secundarios en las mujeres y regula el ciclo reproductivo.
Debido a sus múltiples funciones, los médicos suelen controlar específicamente la hormona estradiol como parte de la atención médica de la mujer, pero esto generalmente requiere que la paciente visite una clínica para que le extraigan sangre para su análisis en el laboratorio. Incluso los kits de pruebas caseros requieren el envío por correo de muestras de sangre u orina a un laboratorio.
Pero ahora los investigadores de Caltech han desarrollado un sensor portátil que monitorea el estradiol detectando su presencia en el sudor. Los investigadores afirman que el sensor algún día podría facilitar que las mujeres controlen sus niveles de estradiol en casa y en tiempo real.
El artículo que describe la investigación, "Un nanobiosensor de aptámero portátil para la monitorización no invasiva de hormonas femeninas", aparece en la edición del 28 de septiembre de Nature Nanotechnology. .
La investigación se llevó a cabo en el laboratorio de Wei Gao, profesor asistente de ingeniería médica, investigador del Heritage Medical Research Institute y Ronald y JoAnne Willens Scholar. En los últimos años, Gao ha desarrollado sensores de sudor que detectan el cortisol, una hormona asociada con el estrés; la presencia del virus COVID-19; un biomarcador que indica inflamación en el cuerpo; y una gran cantidad de otros nutrientes y compuestos biológicos.
Gao dice que el desarrollo del sensor de estradiol fue impulsado en parte por solicitudes de personas que no estaban satisfechas con las opciones que tenían para monitorear sus niveles de estrógeno y habían visto su trabajo anterior.
"La gente a menudo me pregunta si podría hacer el mismo tipo de sensor de sudor para las hormonas femeninas, porque sabemos cuánto impactan esas hormonas en la salud de las mujeres", dice Gao.
Una población de mujeres que se beneficiaría del control de estradiol es aquellas que intentan concebir un hijo, ya sea de forma natural o mediante fertilización in vitro. El éxito de cualquiera de los métodos depende de acertar en el momento de la ovulación, pero no todas las mujeres tienen un ciclo reproductivo que sigue un calendario regular. Algunas mujeres han podido realizar un seguimiento de su ovulación controlando su temperatura corporal, pero Gao dice que ese método tiene una utilidad limitada porque no es muy preciso y la temperatura corporal no aumenta hasta que ha comenzado la ovulación.
"Pero el estrógeno aumenta antes de la ovulación", dice. "Con este sensor de sudor, podríamos avisar a la gente con antelación."
Otras personas que podrían beneficiarse de un sensor de estrógeno portátil son aquellas que se someten a terapia de reemplazo hormonal (TRH) porque sus cuerpos no producen suficiente estradiol. En estos pacientes, es necesario controlar cuidadosamente los niveles de estradiol para garantizar que estén tomando la dosis correcta.
El sensor que desarrolló el equipo de Gao es similar en muchos aspectos a los diversos sensores desarrollados por el grupo en el pasado. Está construido sobre una membrana plástica flexible; tiene pequeños pasajes grabados (microfluidos) para canalizar pequeñas cantidades de sudor hacia el sensor; y nanopartículas de oro impresas con inyección de tinta y películas de carburo de titanio (conocidas como MXenes) que le dan al sensor una gran superficie y conductividad eléctrica para aumentar su sensibilidad.
El principal desafío, y lo que esta vez impuso cambios en el diseño del sensor, es que el estradiol, que ya está presente en niveles bastante bajos en la sangre, está aproximadamente 50 veces menos concentrado en el sudor.
"Dado que es una concentración tan baja, es muy difícil detectar el estradiol automáticamente en el sudor", dice Gao.
Para el nuevo sensor, el equipo de investigación utilizó ADN monocatenario corto conocido como aptámeros. Los aptámeros funcionan como anticuerpos artificiales y están diseñados para unirse específicamente a una molécula objetivo. Los aptámeros están unidos a una superficie modificada con nanopartículas de oro y se unen a moléculas de ADN monocatenario marcadas con una molécula que puede donar o aceptar electrones directamente bajo ciertas condiciones.
Cuando un aptámero se une a una molécula de estradiol, libera la molécula redox. Esa molécula es recapturada por un electrodo cercano hecho de nanopartículas de oro recubiertas de MXene, generando una señal eléctrica que se correlaciona con el nivel de estradiol. Luego, ese hardware transmite de forma inalámbrica los datos que recopila a una aplicación que se ejecuta en un teléfono inteligente, proporcionando una interfaz sencilla para el usuario.
Otra innovación de este dispositivo fue el diseño de los microfluidos que recogen el sudor y lo canalizan hacia el sensor. Pequeñas válvulas automáticas incorporadas en los microfluidos permiten que solo una pequeña cantidad fija de sudor entre en el sensor y luego evitan que entre más sudor. El diseño permite un análisis estable de estradiol sin que el sudor adicional perturbe el proceso. Además, para tener en cuenta la diferencia en la composición del sudor, el dispositivo también recopila información sobre el pH del sudor, los niveles de sal en el sudor y la temperatura de la piel, y los utiliza para la calibración en tiempo real.
Las pruebas en el laboratorio han demostrado que el sensor puede rastrear de manera confiable y precisa los niveles cambiantes de estradiol en el sudor a lo largo del ciclo reproductivo, desde el nivel más bajo durante la menstruación hasta su nivel más alto (10 veces mayor) durante la ovulación.
Gao dice que planea continuar trabajando en esta tecnología para permitirle monitorear otras hormonas femeninas, como la hormona luteinizante o la progesterona, ambas involucradas en la ovulación. También espera miniaturizar todos estos sensores para que puedan caber dentro de un pequeño dispositivo portátil, como un anillo discreto que se pueda llevar en el dedo.
Los coautores del estudio incluyen investigadores asociados postdoctorales en ingeniería médica Cui Ye, Minqiang Wang y Juliane R. Sempionatto; los estudiantes graduados en ingeniería médica Jihong Min, Heather Lukas, Jiahong Li y Changhao Xu; y Roland Yingjie Tay, anteriormente de Caltech y ahora de la Universidad Tecnológica de Nanyang de Singapur.
Más información: Cui Ye et al, Un nanobiosensor de aptámero portátil para la monitorización no invasiva de hormonas femeninas, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01513-0
Información de la revista: Nanotecnología de la naturaleza
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de California
