Basado en aptámeros, este sensor tiene más sensibilidad que los basados en antígenos y realiza la detección de manera más rápida y barata que las pruebas PCR
Científicos de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) han desarrollado el primer aptasensor fotoelectroquímico que detecta el virus SARS-Cov-2 en una muestra de saliva. Este sensor, que utiliza aptámeros (un tipo de anticuerpos químicos), tiene más sensibilidad que los basados en antígenos y realiza la detección de manera más rápida y barata que las pruebas PCR. Estos nuevos dispositivos pueden ser incorporados en sistemas de diagnóstico portátiles y son fáciles de utilizar.
El nuevo aptasensor tiene un rango extenso de sensibilidad a diferentes concentraciones del virus. En este sentido, es capaz de detectar concentraciones inferiores a 0,5 nanomolares (nM), típicas en pacientes que todavía no han desarrollado ningún síntoma de la COVID. Además, también funciona en concentraciones superiores (hasta 32 nM), por lo cual podría dotar a la práctica clínica de una herramienta adicional para monitorizar la evolución de la infección en los pacientes.
El uso sería muy similar a los actuales sensores de antígenos: habría que disolver una muestra de la saliva del paciente en una solución tampón y después depositarla en la superficie del sensor. La medida estaría disponible en unos minutos. “La ventaja sobre los actuales sensores basados en antígenos es la mayor sensibilidad y especificidad de las medidas de los sensores fotoelectroquímicos que son comparables a otras más complejas, como las basadas en fluorescencia, y más sencillas, baratas y rápidas que las basadas en PCR”, señala el autor principal de la investigación, Mahmoud Amouzadeh Tabrizi, investigador CONEX-Plus del Dpto. de Tecnología Electrónica de la UC3M.
La ciencia detrás de un aptasensor
Un sensor fotoelectroquímico se puede asimilar a una célula solar o al fenómeno de la fotosíntesis: en ambos casos, ante la presencia de luz (fotones), un material concreto (o molécula) es capaz de generar una corriente eléctrica (electrones). “En nuestro caso, hemos usado una superficie que contiene puntos cuánticos basados en nitruro de carbono grafítico y sulfuro de cadmio (C3N4-CdS) con propiedades fotoactivas. Es sobre esta superficie sobre la que, además, se inmoviliza un receptor concreto de tal manera que, en presencia de la molécula objetivo, ésta se une al bioreceptor disminuyendo en ese caso la generación de corriente asociada a la presencia de luz. En este sensor concreto el bioreceptor que se ha usado es un aptámero capaz de interactuar con el dominio receptor-obligatorio (RBD, por sus siglas en inglés) del virus SARS-CoV-2, de ahí el nombre de aptasensor fotoelectroquímico”, explica Mahmoud Amouzadeh Tabrizi. Los resultados de este y otros trabajos del grupo en la detección del SARS-CoV-2 en saliva han sido publicados recientemente en varias revistas científicas, como Sensors and Actuators B: Chemical y Biosensors and Bioelectronics.
“La idea ahora es complementar estos resultados, con la experiencia del grupo de investigación, con el desarrollo de instrumentos y diagnósticos biomédicos completos para obtener un sistema de diagnóstico de alta sensibilidad y especificidad, portátil y de potencial bajo coste para su eventual uso en la práctica clínica”, indica otro de los autores, Pablo Acedo, responsable del grupo de investigación de Sensores y Técnicas de Instrumentación (SITec) de la UC3M. “Se trataría de obtener un diagnóstico similar al que existe hoy disponible para la lectura de glucosa en sangre en los pacientes con diabetes, por ejemplo. Nuestra idea es contactar también con empresas que puedan estar interesadas en estos desarrollos”, añade.
Uno de los aspectos críticos en la fabricación de este tipo de sensores electroquímicos basados en nanomateriales es la correcta caracterización de la superficie del material y del receptor inmovilizado en la superficie. Para ello, los investigadores han empleado diversas técnicas y tecnologías, como microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía de fuerza atómica (AFM) y espectroscopia por transformada de Fourier (FTIR). “Los resultados obtenidos a partir del uso de todas estas técnicas son los que nos permiten asegurar que tanto la fabricación del nanomaterial fotosensible deseado como la inmovilización del bioreceptor se han realizado satisfactoriamente”, resalta Pablo Acedo.
Esta investigación se desarrolla en el marco del proyecto BIOPIELTEC-CM (Nuevas Tecnologías de Fabricación y Optimización de Tejidos: La Piel como Sistema Modelo; P2018/BAA-4480). Este consorcio, que cuenta con fondos de la Comunidad de Madrid y de la Unión Europea, tiene como objetivo aglutinar a grupos de investigación de referencia de la Comunidad de Madrid alrededor de uno de los desafíos tecnológicos más importantes en el campo de la biomedicina y biotecnología: el desarrollo de tecnologías de fabricación de tejidos y órganos, así como de sistemas organ-on-a-chip, y la optimización de todos estos para su aplicación clínica e industrial. Además, la investigación se ha podido desarrollar gracias a la incorporación a la UC3M de Mahmoud Amouzadeh Tabrizi como investigador del programa CONEX-Plus, financiado por la Universidad y la Comisión Europea a través de la acción Marie Sklodowska-Curie COFUND (GA 801538) del Programa Marco Europeo Horizonte 2020.
Más información:
Tabrizi, M.A. Nazari, L.Acedo, P. (2021). A photo-electrochemical aptasensor for the determination of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 receptor-binding domain by using graphitic carbon nitride-cadmium sulfide quantum dots nanocomposite. Sensors and Actuators B: Chemical, Volume 345, 130377, ISSN 0925-4005,
https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130377
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092540052100945X
Tabrizi, M.A. Fernández-Blázquez, J. P. Medina, D.M, Acedo, P. (2022). An ultrasensitive molecularly imprinted polymer-based electrochemical sensor for the determination of SARS-CoV-2-RBD by using macroporous gold screen-printed electrode. Biosensors and Bioelectronics, Volume 196, 113729, ISSN 0956-5663,
https://doi.org/10.1016/j.bios.2021.113729 .
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0956566321007661
